KR20000075811A - 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치 및 방법 - Google Patents

교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

주어진 영역에서 물체를, 특히 교통제어의 목적으로 차량들을 탐지할 때, 펄스 전송시간을 측정하는 것에 근거하는 시스템은 부정확한 점이 있다. 이와 같은 부정확성을 방지하기 위하여 관측된(측정된) 실제값들의 표본이 저장된 값들의 표본을 갖는 측정테이블과 비교될 수 있으며, 펄스 전파시간 측정은 더 이상 필요하지 않게 된다.

Description

교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치 및 방법{Device and method to detect an object in a given area, especially vehicles, for the purpose of traffic control}
이러한 종류의 장치는 독일특허 DE 42 34 880으로부터 알 수 있다. 도로위에 있는 차량을 탐지하고 인식하는 장치 및 방법은 주행방향, 속도 및 차량길이를 판단할 수 있도록 초점이 좁게 형성된 두 개의 거리센서들을 구비하고 있다. 이미 측정되고 서로 다른 거리값들로부터 결정되는 차량의 높이를 측정함으로써 상기 차량의 모델을 분류할 수 있다. 이 경우에 있어서 상기 거리센서들은 대체로 주행방향에서 상기 차량의 길이보다 더 짧은 거리로 이격되어 설치된다. 또한, 움직이는 차량 또는 도로에 의해 반사된 빔들이 서로 구별되기 때문에 부정확성이 감소되므로, 거리센서들은 통상적인 반사광 배리어(Barrier)들 보다 훨씬 높은 신뢰성과 더 좋은 탐지작용을 수행할 수 있는 이점이 있다. 차량의 속도, 길이 및 주행방향을 결정짓기 위하여 펄스런타임(Pulse Run Time)이 측정된다. 이 목적을 위한 시간 측정장치는 제 1 및 제 2 센서에 의한 차량의 검출간의 소요시간을 측정한다.
미국특허 US-C-5,321,490에는 센서에 근접되어 있는 물체를 탐지하는 전자적인 물체 감지센서(Electronic Object Sensor)가 공지되어 있다. 초점이 맞춰진 두 개의 펄스형 레이저 빔들은 각각이 서로 분기하여서 측정될 영역으로 조사된다. 하나의 레이저 다이오드에 의해 방사되는 단일 레이저빔으로부터 프리즘을 통해 두 개의 빔들로 발진된다. 상기 전자적인 물체 감지센서는 관측영역 내에 있는 물체에서 반사된 상기 빔들을 감지하는 수신기를 구비하고 있다. 송신기에 의해 방사된 펄스형 빔이 상기 수신기에 감지되는 동안의 상기 펄스런타임이 측정된다. 관측영역 내에 있는 물체의 속도는, 상기 두 개의 레이저 빔들이 노면상으로 조사되는 거리와, 제 1 빔에 의한 차량의 탐지 및 제 2 빔에 의한 탐지 사이에 소요되는 시간으로부터 계산된다.
여러 개의 연속되는 신호를 수신함으로써 차량의 수, 차량의 크기와 모양, 그리고 차량의 모델을 분류할 수 있다.
그러나, 전술한 공지의 시스템은 상기 광이 반사되는 표면이 다르기 때문에(예를 들면, 노면, 플라스틱 부분, 바람막이 유리 또는 금속 부분들) 반사값이 다르므로 신호의 진폭이 크게 변동된다는 문제점이 있다. 이것은 동일 거리로 떨어져 있는 표면들은 필수적으로 동일 실행시간을 갖지만 다른 신호폭을 갖는 신호가 수신되며, 이는 반사된 신호를 수신하는 순간을 판단하고 결정하기 어렵게 한다. 이것은 레이저 빔에 의한 물체의 시간측정이 불확실하게 되는 원인이 되며, 그러므로 이러한 오류를 수정할 수 있는 특별한 대비책, 예를 들면 탐지기 추가설치 등이 요구된다.
본 발명은 청구항 1 또는 청구항 10의 도입부에 따라 미리 설정된 공간의 지역내에 있는 물체를, 더욱 상세하게는 교통감시를 위한 차량을 탐지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
미리 설정된 공간의 영역내에 있는 물체를, 더욱 상세하게는 교통감시를 위한 차량을, 탐지할 때 펄스런타임을 측정하면서 발생되는 부정확성을 피하는 것이 본 발명의 과제이다.
이 과제는 본 발명의 청구항 1에 의한 장치 및 청구항 10의 방법으로 해결된다. 유리한 실시예는 종속항들로부터 명확하게 된다.
중심개념은 교정테이블(Calibration Table)에 저장되어 있는 관측된(측정된) 순시치 패턴과 이전에 결정된 순시치 패턴을 비교함으로써 주어진 영역내의 물체를 탐지하는 것으로 구성된다.
본 발명의 이점은 시계의 필요없이 단일 역산란된 또는 반사된 방사 펄스를 탐지함으로써 거리를 측정할 수 있는 것이다. 본 발명에 의하면, 방사된 펄스의 펄스런타임을 측정하는 것이 완전히 필요없다.
교통감시에 있어서, 교통변수들, 예를 들면 차량의 속도, 모델, 높이 및 길이 뿐만 아니라 차량의 수, 주행방향 및 차량들 간의 거리 등이 탐지될 수 있다. 또한 본 발명의 이점은 설정된 소정 시간범위 내에서 움직이지 않는 차량탐지가 가능한 것이다. 여러 개의 연속적인 역산란된 펄스 및 반사된 펄스를 탐지함으로써 차량의 윤곽을 결정할 수 있다. 마이크로프로세서부에 저장되어 있는 서로 다른 패턴들 또는 특징적인 형상들을 비교함으로써 차량모델이 인식될 수 있다.
본 발명의 다른 이점은 송신기의 파장을 이용하기 때문에 어떤 기상상태에서도 본 발명의 장치가 사용될 수 있는 것이다. 더욱이 상기 장치는 정밀하고, 신뢰할 만하며, 저렴하고, 유지보수가 거의 필요치 않다.
정렬된 레이저 다이오드 세 쌍을 배열하는데, 중앙의 한 쌍은 관측지점에 대하여 직각으로 방사될 수 있도록 배열하고, 중앙의 양쪽 좌우 두 쌍은 약 ±12° 기울어지게 배열함으로써 전체 노면을 탐지할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 장치는 노면에 대해 수직방향으로 향하게 된다. 그러나, 상기 장치는 수평으로 이동할 수 있도록 차량에 설치될 수 있다. 다차선 도로에서의 교통데이터를 탐지하기 위해서는, 다수의 센서를 갖는 장치들이 병렬로 설치되어 운영될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예는 교통제어와 유사하게 사용될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 요지의 출원은 교통감시에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 다른 적용으로는 공간내의 보안감시를 들 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 장치의 상세한 설명은 도면을 참조하여 아래에 기재된다.
도1은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.
도2는 순시치를 탐지하기 위한 장치의 개략도이다.
도3은 감시되는 공간의 영역으로부터 수신기가 역산란된 또는 반사된 방사 펄스를 전송한 시변(Time-dependent) 탐지신호이다.
도1에 개략적으로 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장치의 실시예는, 예를 들면 노면상에서, 감시를 위한 방향으로 펄스형 에너지 빔을 방사하는 송신기(10)를 구비하고 있다. 송신기(10)는 바람직하기로는 전형적으로 860 ㎚의 근적외선 범위내 파장의 광을 갖는 레이저 다이오드이다. 클래스1(Class 1) 레이저 다이오드를 사용함으로써 인간의 눈에 대한 위험이 예방되고, 상기 선택된 파장을 사용함으로써 방출된 방사 펄스는 취약한 시야 또는 어두움과 같은 외부의 요인에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 상기 레이저 다이오드의 출력전력은 대체로 200㎼이다.
교통감시를 위해 사용될 때, 바람직하게는 송신기(10)는 노면방향에 수직으로 방사가 이루어지도록 감시하기 위한 노면위 같은 곳에 설치된다(도시하지 않음).
송신기(10)에 의한 레이저 펄스들의 방사는 송신기(10)로 제어신호를 출력하는 제어부(14)에 의해 제어되고, 그리고 송신기(10)는 상승하는 플랭크(Flank)에 의해 레이저 펄스를 트리거한다. 실제로, 발진된 상기 레이저 펄스들은 30 ㎑의 반복도(Repetition Rate)를 갖는다. 개개의 펄스의 하프-맥시멈(Half-maximum)에서의 전체 폭은 대체로 15 ㎱이다.
예를 들면, 송신기의 전방에 설치된 렌즈(도시하지 않음)에 의하여 초점이 형성되는 것과 같이 상기 레이저 빔에 영향을 주어 적절한 기하의 펄스화된 빔이 도로교통에서 차량의 관측을 가능하게 한다. 이와 관련하여, 예를 들면 이동하는 사람에 의한 영향을 받는 공간내에서의 물체의 탐지 또는 인식을 위해, 유사동위(Quasi-Isotropic) 방사 특성을 갖는 높은 발산율의 빔이 사용되어 3차원 탐지가 가능하도록 할 필요가 있다.
이미 언급한 것처럼, 펄스화된 빔은 물체가 놓여있는 관측지점으로 방사된다. 물체에 의해 역산란된 또는 반사된 펄스화된 빔은 수신기(12)에서 감지된다. 계속해서 수신기(12)는 개별적으로 수신된 펄스에 대해 시변 탐지신호 U(t)를 전송한다. 펄스의 방출이 송신기(10)에서 트리거되도록 하는 상기 제어신호는 상기 탐지신호 U(t)의 순시치를 탐지하기 위한 적어도 두 개의 장치들(15-1, 15-2, …, 15-n)로 공급된다. 반사된 펄스가 실제로 수신기(12)에 도달된 후에 순시치 탐지가 개시되도록 한다. 상기 제어신호는 바람직하게는 미리 설정된 시간동안 지연되어, 도1에서 제어부(14)에 의해 방사된 제어펄스는 펄스지속시간(tT- t0)으로 표현된다. 이때의 t0는 제어펄스시점을 나타내고, tT는 제어펄스종점을 나타낸다. ti는 측정간격에 해당되는 시점을 나타내는 것으로 아래에 더욱 상세히 설명한다.
탐지신호 U(t)의 순시치를 탐지하기 위해 탐지신호 U(t)가 상기 장치들(15-1, 15-2, …, 15-n)로 공급되며, 이는 본 실시예에 설명된 시간간격에 해당되는 순시전압을 측정하기 위한 순시전압 측정장치들(15-1, 15-2, …, 15-n)이다. 상기 측정간격들은 제어부(14)에 의해 설정되고, 감도(Sensitivity) 때문에, 상기 간격들의 폭은 실질적으로 수신되어진 반사된 상기 펄스 폭을 초과하지 않는다. 상기 간격들은 서로 다른 폭들을 가질 수 있고, 시간에 대해서 겹칠 수 있다. 그러나 그것들은 사각지대를 피하기 위해 모든 시간범위를 완전히 포함한다. 상기 측정간격들의 갯수는 요구되는 측정 정밀도에 따라서 최적화될 수 있으나, 수신된 모든 펄스는 시간에 대해서 다른 하나로부터 오프셋(Offset) 내에서 탐지될 수 있다.
도2를 참조하면, 순시전압 측정장치(15) 각각은 트리거되지 않은 상태에서 개방되는 스위치(15a)와, 측정시간의 주어진 범위내에서 탐지신호 U(t)의 순시전압 Ui를 측정하기 위한 적분연산기(15b)를 구비하고 있다. 제어부(14)로부터 상기 제어펄스는 지연회로(15c)를 통해 스위치(15a)로 공급되며, 그 결과 지연시간이 지난 후 제어부(14)로부터 출력되는 상기 제어펄스에 의해 미리 설정된 시간 간격 동안 순시전압 측정장치(15)의 스위치(15a)가 닫힌다. 이 과정중에, 상기 서로 다른 순시전압 측정장치들(15-1, 15-2, …, 15-n)의 스위치(15a)의 닫힘은 시간에 대해서 서로 오프셋되어 상기 역산란된 또는 반사된 방사펄스가 수신될 수 있는 상기 전체의 측정범위가 완전히 포함될 수 있게 된다. 따라서, 순시전압 측정장치(15-1, 15-2, …, 15-n) 각각은 도3에 도시된 바와 같이 열 개의 다른 순시전압치들(U1 ~ U10)에 대한 탐지신호 U(t)의 순시전압치(U1, U2, …, Un)를 유도한다. 이와 같은 식으로 시변하는 탐지신호 U(t)로부터 상기 발명에 의하여 순시전압치들의 조합(Set)이 얻어진다. 순시전압치 Ui는 간격 i 전체의 전압의 적분, 또는 상기 간격의 종점에서의 전압, 또는 상기 간격의 다른 어떤 특정값이 될 수 있다. 일반적으로 n 개의 전압치들(U1, U2, …, Un)의 조합이 수신기에 의해 감지된 각각의 펄스로 얻어진다.
계속해서, 상기 순시전압치들(U1, U2, …, Un)은 도1로 나타낸 일 실시예에서 멀티플렉서 및 A/D컨버터(Analogue-to-Digital Converter)(도시하지 않음)를 포함하는 디지털화하기 위한 장치(16)로 전송된다. 계속해서 디지털화된 값들이 공급되고, 이 값들이 처리되는 수단으로 마이크로프로세서를 포함하는 산출장치(17)에서 산출된다.
바람직한 실시예에 있어서, 인접한 순시전압치들 몫들 Ui/Ui+1의 조합은 측정펄스 각각으로부터 얻어진 상기 순시전압치들로부터 산출된다. 이런 방식으로 송신기(10)에 의해 방사된 측정펄스 각각에 대해 몫 패턴(또는 순시전압 패턴)이 결정된다. 상기 순시전압 패턴을, 산출장치(17)와 연결된 교정테이블(18)에 저장되어지는 실험적으로 결정된 순시전압 패턴들을 후속비교 함으로써, 측정지역 내에 위치한 물체와 측정장치 간의 거리가 바로 결정될 수 있다. 교통감시의 관점에서 적용하면, 결정된 상기 거리가 측정장치와 도로와의 사이의 일정 거리와 달라지는 경우, 감시되는 부분영역내에 차량의 존재가 감지된다는 것을 의미하게 된다.
관측영역 내의 움직이는 물체에 대하여는, 하나의 펄스로부터 다음 펄스로 변하는 거리에 기초하여 수신기 장치에 수신된 연속되는 방사 펄스들을 탐지함으로써 상기 움직이는 물체의 윤곽이 결정될 수 있다. 예를 들면, 교통감시의 경우에, 움직이는 차량들의 윤곽이 결정될 수 있고, 또한 상기 차량의 모델이 분류될 수 있다.
동일한 구조의 제 2 측정장치를 물체의 이동방향으로 상기 제 1 측정장치로부터 소정거리 이격되게 배열함으로써 움직이는 물체의 속도가 결정될 수 있다. 측정장치들 각각은 관측영역 방향으로 초점이 형성된 펄스형 레이저 빔을 방사한다. 계속해서, 전술한 바와 같이 움직이는 물체는 제 1 측정장치에 기록되고, 그리고 순시전압 패턴이 형성된다. 상술한 바와 같이, 연속되는 방사 펄스들의 수신에 의해 움직이는 물체의 윤곽이 결정된다. 물체가 움직이기 때문에, 상기 물체는 상기 제 2 측정장치에서 탐지되고, 더욱이 상기 움직이는 물체의 윤곽이 결정된다. 다음으로, 상기 움직이는 물체의 제 1 측정장치에 의한 기록과 상기 제 2 측정장치에 의한 기록들 사이에 소요된 시간이 결정될 수 있다. 상기 측정된 소요시간을 통해 물체의 속도가 결정될 수 있다.

Claims (19)

  1. 미리 설정된 공간의 영역으로 방사 펄스들을 발생 및 방사하기 위한 적어도 하나의 송신기와, 상기 미리 설정된 공간의 영역으로부터 역산란된 또는 반사된 상기 방사 펄스를 수신하고, 역산란된 또는 반사된 방사 펄스의 함수로써의 탐지신호(U(t))를 방출하는 적어도 하나의 수신기를 구비하여 미리 설정된 공간의 영역내의 물체, 특히 교통감시를 위한 차량을 탐지하기 위한 장치에 있어서,
    대응하는 시간 간격들 내에 있는 상기 탐지신호 U(t)의 순시치들(Ui)을 탐지하기 위한 적어도 두 개의 탐지장치들;
    방사 펄스의 방출을 트리거하기 위한 상기 송신기와, 상기 순시치들을 탐지하기 위한 시간 간격들을 형성하도록 순시치들을 탐지하기 위한 상기 장치에 제어신호를 출력하는 제어장치; 및
    탐지된 상기 순시치들로부터 산출할 수 있는 값 패턴과 저장된 값 패턴들을 비교하기 위한 비교장치;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐지신호 U(t)는 순시치들을 탐지하기 위해 적어도 두 개의 상기 탐지장치에 병렬로 공급되는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 순시치들을 탐지하기 위한 상기 탐지장치들은 순시전압 측정장치들인 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 순시전압 측정장치 각각은,
    트리거되지 않은 상태에서는 열리고, 상기 제어장치로부터의 상기 제어신호에 의해 작동되는 스위치; 및
    상기 스위치가 닫힐 때 상기 탐지신호 U(t)가 공급되는 적분연산기;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  5. 상기 전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탐지된 순시치들을 디지털화하는 장치; 및
    상기 순시치들로부터 값패턴(Value Pattern)을 산출하고, 상기 값패턴과 이미 저장된 값패턴들을 비교하는 산출장치;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 저장된 값패턴들은 교정테이블에 저장되는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 교정테이블에 저장된 상기 값패턴들은 해당되는 거리에 대응되는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  8. 상기 전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기에 의해 방사된 상기 방사 펄스는 상기 거리측정을 위해 초점이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기에 의해 방사된 상기 방사 펄스는 공간 감시를 위해 펼쳐져서 방사되는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치.
  10. 미리 설정된 공간의 영역 안으로 적어도 하나의 방사 펄스를 방사하는 단계, 상기 미리 설정된 공간의 영역으로부터 역산란된 또는 반사된 상기 방사 펄스를 수신하는 단계 및 상기 미리 설정된 공간의 영역으로부터 역산란된 또는 반사된 상기 방사 펄스 기능으로써의 탐지신호를 발생시키는 단계를 구비하여 미리 설정된 공간의 영역내의 물체, 특히 교통감시를 위한 차량을 탐지하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 두 개의 측정시간 간격들 내에 있는 상기 탐지신호의 순시치들을 탐지하는 단계;
    상기 탐지된 순시치들로부터 값패턴을 산출하는 단계; 및
    상기 값패턴과 이미 저장된 값패턴들을 비교하는 단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 값패턴의 비교는 교정테이블에 저장된 값패턴들을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 방법.
  12. 제 12 항에 있어서,
    상기 비교는 결과로써 상기 교정테이블에 기록된 거리로 유도되는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정시간 간격들은 상기 역산란된 또는 반사된 방사 펄스가 수신되는 미리 설정된 측정 시간범위를 거의 완전하게 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정시간 간격의 폭은 상기 수신된 역산란된 또는 반사된 방사 펄스의 펄스폭을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 방법.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    수신된 펄스 각각은 시간에 대해서 서로 다른 적어도 두 개의 측정간격들의 오프셋으로 탐지될 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 방법.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 순시치들은 순시전압치들인 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 9 항들 중 어느 한 항의 장치 또는 제 10 항 내지 제 16 항들 중 어느 한 항의 방법에서,
    상기 방사 펄스는 레이저광 펄스로서, 바람직하게는 약 860 ㎚의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치 또는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 펄스의 하프-맥시멈(Half-maximum)에서 상기 전체 폭은 약 15 ㎱인 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치 또는 방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 펄스의 반복도는 약 30 ㎑인 것을 특징으로 하는 상기 교통통제를 위해 특정 영역에 있는 물체, 특히 차량을 탐지하는 장치 또는 방법.
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