KR20000008312A - 지피에스 데이터를 이용한 운행기록 장치 및 그처리 시스템 - Google Patents

지피에스 데이터를 이용한 운행기록 장치 및 그처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GPS(Global Positioning System) 데이터를 이용한 운행기록 장치 및 그 처리 시스템에 대한 것으로서, 기존 운행기록 장치에서 발생하는 회전 센서의 수신과 센서 민감도(Sensitivity) 문제 및 타이어 내압변화에 의해 거리 오차 등이 발생하고, 이에 따라 많은 검사방법이 요구되고 검사절차도 복잡하고, 메모리의 비효율적인 관리 및 정확한 운행기록의 처리도 이루어지지 않고 있는 실정이다
본 발명은 이동체의 운행기록 장치에서는 GPS용 위성으로부터 수신된 위성번호, 위치좌표 및 위성시간 등의 일반 GPS 데이터 만을 저장하고 이후, 회사내의 데이터 수집기에서 상기 일반 GPS 데이터와 기준국으로부터 GPS 보정 데이터를 수신하여 일반 GPS 데이터의 보정작업이 이루어 지고, 이 보정된 GPS 데이터로부터 운행기록을 추출하여, 하루의 주행상태에 대한 총괄적인 분석이나 운전자의 운전행위에 대한 분석 및 차량 위치추적(AVL ; Automatic Vehicle Location) 등의 보다 정밀한 운행기록 분석을 수행할 수 있는 효과가 있으며, 차량용 블랙박스의 역할을 기대할 수 있다.

Description

지피에스 데이터를 이용한 운행기록 장치 및 그 처리 시스템
최근 위성을 이용한 기술의 발달이 가속화되고 있다. 1957년 구 소비에트 연방의 스푸투니크호가 처음 발사된 이래 방송, 통신, 탐사, 측위 등 많은 방면에 이용되고 있다. 그 중에서도 GPS(Global Positioning System)는 미국 정부가 1970년대 초반부터 개발에 착수, 약 60억불의 예산을 투자하여 구축한 항법지원 시스템이다. 원래 군사목적으로 개발을 시작하였지만, GPS 신호의 일부를 민간인이 사용할수 있도록 하는 것을 전제로 미의회가 승인하여, 현재 GPS 신호 중에서 L1 대역(주파수 : 1,575.42MHz)에 C/A 코드(Coarse Acquisition Code)를 이용할 수 있다. 본 발명은 이러한 GPS 데이터를 이용한 차량의 운행기록 장치와 그 처리 시스템에 대한 것이다. 일반적으로 영업용 차량(예, 택시 등)의 운행기록 장치는 요금표시, 주행거리, 영업회수, 총수입금 등을 취급할 수 있도록 하고, 이러한 데이터를 기반으로 하여 하루의 주행상태 분석이나 영업시간과 차량의 급정지 및 가동시간의 기록 등을 처리하여 하루의 주행상태에 대한 총괄적인 분석이나 운전자의 운전행위에 대한 분석이 가능하도록 하여야 한다. 따라서, 운행기록에 대한 효율적 관리가 필요하게 된다. 상기와 같은 운행기록 처리방법은 실용신안공고(공고번호 88-1586), 특허공고(공고번호 94-4919)된 것이 있으나, 이는 데이터 저장방법에 있어서, 택시 운행상태를 검출하여 운전자나 이용객에게 알려주고, 검출된 데이터를 메모리에 저장하기 위한 2개의 CPU(3, 6)를 사용하는 방법과 하나의 MCU(21)로 버스 컨트롤러(26)를 이용하여 외부 메모리(27)로 저장하는 방법에 의한 것이었다.
이러한 기존의 운행기록 장치는 회전 센서를 이용하여, 차축의 회전을 감지하고, 이를 근거로 하여 거리를 계산하게 된다. 따라서, 회전 센서의 데이터 수신이나 센서의 민감도(Sensitivity)와 타이어 내압변화에 의해 거리에 대한 오차가 발생한다. 이러한 문제점으로 인해 택시미터기는 미터기용 기준기에 설치하고 정격전압으로 기본 요금을 표시한 후, 기본요금의 표시가 변경될 때까지의 펄스수(기본 펄스수)와 기본요금이 경과한 후 이후요금이 1회 및 2 회 변경될 때까지의 펄스수(후속펄스수)를 측정하여 검사하는 펄스의 허용차(정치) 검사와 기본, 후속거리에 대해서 1회 및 2회 변경될 때까지 자동차에 부착하여 실시하는 거리의 허용차(주행) 검사, 그리고 기본, 후속시간에 대해서 1회 및 2회 변경될 때까지 자동차에 부착하여 실시하는 시간의 허용차 검사 등을 수행하는 등의 검사절차가 복잡하고, 메모리의 비효율적인 관리 및 정확한 운행기록의 처리도 이루어지지 않고 있는 실정이다.
본 발명은 GPS 기술을 이용하여 위성으로부터, 현 위치 좌표 및 위성 시간을 수신하여 저장하고, 이를 통한 운행기록의 저장 및 처리가 이루어 지게 된다. 본 발명은 최소 4개 이상의 GPS용 위성으로부터 위성의 고유번호, 현재 위치 좌표 및 위성시간을 수신하여 이동체의 이동거리, 시간, 속도를 처리하고 저장할 수 있어야한다. 또한, 거리 및 시간 오차를 극소화하기 위해 자신의 정확한 위치를 알고 있는 기준국(Base Station)을 설치하여 보정작업을 수행하는 DGPS (Differen tial GPS)기술을 응용하여야 한다. 이러한 보정작업의 효율성을 위해 이동체에서 직접 처리하는 것이 아니라, 회사내의 데이터 수집기에서 기준국의 GPS 보정 데이터를 같이 수신하여 처리하게 하는 DGPS 후처리(Post Processing) 방식이 요구된다.
도 1은 기존 운행기록 장치의 구성도
(가) 실용신안 공고(공고번호 88-1586)
(나) 특허공고(공고번호 94-4919)
도 2 는 GPS(Global Positioning System)의 구성 개념도
(가) GPS의 일반적인 개념도
(나) DGPS(Differential GPS)의 개념도
도 3은 GPS 수신기의 구성도
도 4는 GPS 데이터를 이용한 운행기록 장치의 구성도
도 5는 운행기록 처리 시스템
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1. 키입력부
2. 회선감지 제어부
3. 제 1 CPU(Central Process Unit)
4. 프로그램 메모리
5. 불휘발성 메모리
6. 제 2 CPU
7. 리얼타임 컨트롤러
8. 프로그램 ROM(Read Only Memory)
9. 입출력 회로
10. RAM(Random Access Memory)
11. 디스플레이
12. 음성합성 ROM
13. 음성합성장치
14. 스피커
21. 마이크로 컴퓨터 유니트(MCU ; Micro Computer Unit)
22. 입출력부(I/O)
23. 센서부
24. 선택부
25. 디스플레이
26. 버스 컨트롤러
27. 외부 메모리
28. RAM(Random Access Memory)
31. GPS용 위성
32. 지구 중심
33. GPS(Global Positioning System) 수신기
수신된 GPS 데이터
Sn: 수신 위성의 고유번호
Ui: i축 좌표 (i = x, y, z)
St: 위성 시간
41. GPS용 위성
42. 기준국(Base Station)
43. GPS 보정 데이터
44. 이동체의 GPS 수신기
51. GPS 안테나
52. 고주파부
53. 믹서(Mixer)
54. 복조/코드 제어(Demodulation and Code Control)
55. C/A 코드 생성기(Coarse Acquisition Code Generator)
56. 시계(Clock)
57. 운행 메시지(Navigation Message)
58. C/A 코드 측정(C/A Code Measurement)
59. 시간 측정(Time Measurement)
60. 마이크로 컴퓨터(Micro Computer)
61. 위치 데이터 측정
71. 마이크로 프로세스 유니트(MPU ; Micro Process Unit)
72. 프로그램 메모리
73. 입출력부(I/O)
74. GPS 수신부
75. 선택부
76. 디스플레이(Display)
77. 주기억 장치(Main Memory)
78. 송신부
81. GPS용 위성
82. 이동체의 GPS 이용 운행기록 장치
83. 일반 GPS 데이터
84. 기준국(Base Station)
85. GPS 보정 데이터
86. 데이터 수집기
87. GPS 데이터 보정
88. 운행기록 추출
89. 운행중 차량 경로 추적(AVL ; Automatic Vehicle Location)
90. 운행기록 분석
이하 첨부된 도면으로 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 GPS의 구성 개념도이다. GPS는 크게 우주 부문(Space Segment), 사용자 부문(User Segment), 제어 부문(Control Segment)로 나눈다. 우주 부문은 3개의 예비위성을 포함하여 총 24개의 GPS용 위성으로 구성된다. 20,200km의 고도에서 적도면에 대해 55°기울기로 6개의 궤도에 동일한 간격으로 배치되어, 11시간 58 분의 공전주기로 지구를 선회하여, 사용자가 어디에서 있던 간에 최소한 6개의 위성을 관측할 수 있게 된다. 사용자 부문은 GPS수신기의 역할을 포함한 지구상의 응용 시스템으로 구성되고, 제어 부문은 위성이 정확하게 자신의 궤도를 유지하지 못하거나 시각동기 장치의 오차에 대한 보정을 해주는 지상의 관제센터로 구성된다. 도 2의 (가)는 이러한 GPS의 일반적인 개념도로서, GPS 위성(31)으로부터, 신호를 받아 GPS 수신기(33)에서 지구중심(32)을 기반으로 하여 위치 좌표(Ux, Uy, Uz)를 구하게 된다. 이러한 공간좌표와 함께 위성의 세슘(원자기호 : Cs)이나 루비듐(원자기호 : Rb) 원자시계의 위성시간을 수신한다. 이러한 위치 좌표와 위성시간을 맞추기 위해 최소 4개의 위성으로부터 신호를 수신하여야 한다. 그러나, 이러한 GPS 신호는 위성시계, 위성궤도, 대기권의 전파지연, 수신기에 의한 오차 및 미 국방성에서 고의로 민간 GPS 이용의 정밀도를 저하시키기 위한 선택적 이용성(SA : Selective Availability)을 시행하기 때문에, 정확성에서 최소 10m에서 최대 100m의 오차가 발생하게 된다. 상기에서 발생하는 오차를 극소화하기 위해 DGPS(Differential GPS)의 기술이 발생했다. 도 2의 (나)는 DGPS의 개념도를 나타낸 것이다. DGPS는 두개의 GPS 수신기를 필요로 한다. GPS용 위성(41)으로부터, 발생된 신호를 하나의 수신기는 정지해 있는(Stationary) 기준국(Base Station)(42)에 설치하고, 다른 하나는 이동체의 GPS 수신기(44)에서 이동하면서 위치 측정을 한다. 기준국(42)은 자신의 정확한 위치를 알고 있어서, 위성으로부터 계산한 값과 비교하여 오차를 계산하도록 만들고, 이 GPS 보정 데이터(43)를 이동체에 전달하여, 이동체에서의 위치 측정에 의한 오차를 보정하게 한다. 기준국은 이용할 수 있는 모든 GPS 위성으로부터 상기과정을 거친 GPS 보정 데이터를 계산하여 이동체의 수신기로 전송한다. 이러한 오차 상쇄효과는 신호 경로에서 발생하는 오차 뿐만 아니라 미 국방성에서 정밀도의 저하를 위해 고의로 실시하는 선택적 이용성(SA)까지도 극복할 수 있도록 만들어, 최소 1m이내의 오차를 나타낸다. 이러한 DGPS용 단말기의 비용 측면에서 상당한 상승효과를 발생시킨다. 본 발명에서는 지속적으로 이동체의 GPS 수신기(44)에서 기준국(42)의 GPS 보정 데이터(43)를 수신하는 실시간 처리(Real-time Processing) 방식이 아니라, 이동체에서는 일반 GPS 수신만을 수행하고, 이후에 보정작업을 처리하는 후처리(Post Processing) 방식을 응용하여야 한다.
도 3은 GPS 수신기의 구성도를 나타낸 것이다. GPS 안테나(51)로부터 신호를 받아 고주파부(52)와 믹서(Mixer)(53)를 통해 위성의 고주파 신호를 처리하기 쉬운 낮은 주파수로 변환하고, 복조/코드 제어(54), C/A 코드 생성기(56), 시계(58)등의 신호처리부에서 스팩트럼 확산된 신호를 원래의 신호인 운행 메시지(55), C/A 코드 측정(57), 시간 측정(59)을 하여 복원하고, 마이크로 컴퓨터(60)에서 복원된 신호를 이용하여, 위치좌료를 측정(61)하게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 운행기록 장치의 구성도를 나타낸 것이다. 71은 운행기록을 관리하는 마이크로 프로세스 유니트(MPU)이다. 이 주변에 프로그램을 저장하고 있는 프로그램 메모리(72), 입출력부(73), 위성으로부터 데이터를 수신하는 GPS 수신부(74), 조작을 할 수 있는 선택부(75), 요금 및 운행기록을 확인할 수 있는 디스플레이(76), 운행기록을 저장하는 주기억 장치(77)과 이후 분석을 위해 데이터 수집기로 전송하는 송신부(78)로 구성되어 있다.
도 5는 운행기록 처리 시스템의 구성도를 나타낸 것이다. GPS용 위성(81)으로부터, 수신된 위성번호(Sn), 위치좌표(Ux, Uy, Uz) 및 위성시간(St)을 이동체의 GPS 이용 운행기록 장치(82)와 기준국(84)에서 관리하고, 이동체의 GPS 이용 운행기록 장치(82)에서는 상기 수신된 일반 GPS 데이터(83) 만을 저장하고 있다가, 이후 회사내의 데이터 수집기(86)로 전송하고, 이 때에 데이터 수집기(86)에서는 기준국(84)으로부터 GPS 보정 데이터(85)도 같이 수신하여 일반 GPS 데이터(83)의 보정작업(87)이 이루어지고, 이 보정된 GPS 데이터로부터 운행기록을 추출(88)하여 GPS 데이터를 이용한 차량 위치추적(AVL ; Automatic Vehicle Location)(89)과 수입금, 주행거리, 영업회수 등의 운행기록을 기반으로 하여 하루의 주행상태 분석이나 영업시간과 차량의 급정지 및 가동시간의 기록 등을 처리하여 하루의 주행상태에 대한 총괄적인 분석이나 운전자의 운전행위에 대한 분석 등의 운행기록 분석(90)이 이루어지게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 GPS 데이터를 이용한 운행기록 장치 및 그 처리 시스템에 대한 것으로서, 최적 배치 상태의 GPS용 위성(81)의 위치를 추적하고, 위성과의 거리를 측정하고, 기준국(84)으로부터 위성시계, 위성궤도, 대기권의 전파지연 및 선택적 이용성 등으로 발생하는 오차에 대한 GPS 보정 데이터(85)를 회사내 데이터 수집기에서 수신하여, 이동체에서 수신한 일반 GPS 데이터(83)의 보정 작업(87)을 거쳐, 이 보정된 GPS 데이터로부터 운행기록을 추출(88)하여, 이 운행기록에 대한 분석(90)이 가능하게 한다.
기존 운행기록 장치에서 발생하는 회전 센서의 수신과 민감도(Sensitivity) 문제 및 타이어 내압변화에 의해 거리 오차 등이 발생하고, 이에 따라 많은 검사방법이 요구되는데, 상기 검사방법의 복잡성을 간소화 할 수 있으며, 회로 상에서 기존 펄스를 감지하기 위한 아날로그 부분을 제거하여 디지털화 하므로써, 이를 통해 미터기내 회로의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, GPS 자료를 바탕으로 하여, 차량 위치추적(AVL ; Automatic Vehicle Location)(89)와 수입금, 주행거리, 영업회수 등의 운행기록을 기반으로 하여 하루의 주행상태 분석이나 영업시간과 차량의 급정지 및 가동시간의 기록 등을 처리하여 하루의 주행상태에 대한 총괄적인 분석이나 운전자의 운전행위에 대한 분석 등의 보다 정밀한 운행기록 분석을 수행할 수 있는 효과가 있으며, 차량용 블랙박스의 역할을 기대할 수 있다.

Claims (2)

  1. GPS용 위성(81)으로부터, 수신된 위성번호(Sn), 위치좌표(Ux, Uy, Uz) 및 위성시간(St)을 이동체의 GPS 이용 운행기록 장치(82)와 기준국(84)에서 관리하고, 이동체의 GPS 이용 운행기록 장치(82)에서는 상기 수신된 일반 GPS 데이터(83) 만을 저장하고 있다가, 이후 회사내의 데이터 수집기(86)로 전송하고, 이 때에 데이터 수집기(86)에서는 기준국(84)으로부터 GPS 보정 데이터(85)도 같이 수신하여 일반 GPS 데이터(83)의 보정작업(87)이 이루어 지고, 이 보정된 GPS 데이터로부터 운행기록을 추출(88)하여 GPS 데이터를 이용한 차량 위치추적(AVL ; Automatic Vehicle Location)(89)과 수입금, 주행거리, 영업회수 등의 운행기록을 기반으로 하여 하루의 주행상태 분석이나 영업시간과 차량의 급정지 및 가동시간의 기록 등을 처리하여 하루의 주행상태에 대한 총괄적인 분석이나 운전자의 운전행위에 대한 분석 등의 운행기록 분석(90)이 가능한 운행기록 처리 및 분석 시스템.
  2. 상기 1항에 있어서, GPS용 위성(81)으로부터 수신된 위성번호(Sn), 위치좌표(Ux, Uy, Uz) 및 위성시간(St) 등의 일반 GPS 데이터(83) 만을 저장하는 운행기록 장치.
KR1019980028063A 1998-07-13 1998-07-13 지피에스 데이터를 이용한 운행기록 장치 및 그처리 시스템 KR20000008312A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101122534B1 (ko) * 2009-12-28 2012-03-16 한국항공우주연구원 차량에 장착되는 블랙박스를 이용한 차량 사고 분석 시스템

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