KR20010017857A - 차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료자동 징수 방법 - Google Patents

차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료자동 징수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로 통행료 자동 징수 시스템에 있어서 통행료 정산 지역을 "영역A" 와 "영역B"의 두 가지 영역으로 나누고, "영역A" 에서 요구된 요금정산절차를 정상적으로 완료한 차량 탑재장치에게 노변장치가 정산 확인정보(또는 번호)를 부여하고, 차량 탑재장치는 이 확인정보를 저장하고 있다가 "영역B" 에서 노변장치로부터 요구가 있을 때 저장하고 있는 확인 정보를 이용하여 응답하고, 노변장치는 이 확인 정보를 검증하여 사후 처리를 할 수 있도록 하며, 노변장치와 탑재장치가 "영역A"에서 요금정산의 일부 과정을 수행하고, 수행결과에 대한 일부 정보를 노변장치와 차량 탑재장치가 보존하고 있다가 이를 "영역B" 에서 노변장치와 탑재장치가 요금정산의 나머지 과정을 수행하는 데 이용한다. "영역B"에서는 요금부과가 되지 않았거나 비 정상적으로 처리된 차량을 노변장치가 짧은 질의응답으로 빠른 시간 내에 구분해 내어 처리할 수 있도록 함으로써 차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료 자동 징수 방법을 제공한다.

Description

차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료 자동 징수 방법{Multi-Lane electronic toll collection scheme with free running and lane change of target vehicle}
본 발명은 자동 도로 통행료 정산지역에서 주행 차량에 대하여 감속을 유발시키거나 차선변경을 제한하지 않고, 정산지역 내에서 통행료 정산 대상 차량의 자유로운 주행 속도와 자유로운 차선변경을 보장하는 자동 통행료 징수방법에 관한 것이다.
자동 통행료 징수를 위하여 통행료 정산지역을 요금부과 영역(이하 "영역 A"라 칭함)과 요금부과 확인영역(이하 "영역 B"라 칭함)의 2가지 형태로 구분하여 "영역 A"에서 미리 요금정산을 완료하고(또는 요금정산의 대부분의 과정을 끝내고), 요금을 부과한 노변장치에서 해당 차량에게 요금정산 확인정보(또는 확인번호)를 부여한다. 이후 통행료 징수 위반차량을 색출하기 위하여 노변장치는 임의의 차량 탑재장치에게 요금정산 확인 정보를 요구하여 이를 수신하여 처리한 후 비정상적인 요금정산 차량, 확인정보 요구 불응 차량 또는 틀린 정보로 응답한 차량에 대하여 비디오 촬영, 유도 등의 사후 처리가 가능하도록 하는 방식이다.
"자동요금징수시스템" 이란 유료도로에서 통행료 부과대상차량에 탑재된 통신단말기(이하 탑재장치라 칭함)와 통행료 자동 징수를 위해 도로변에 설치한 전자통신장치(이하 노변장치라 칭함)가 서로 연동하여 도로통행세를 자동으로 과금하는 시스템이다. 자동요금징수를 위한 종래의 방법은 다음과 같다.
1) 차선별로 과금을 하는 방법(Lane Based Scheme)
이러한 방법은 요금부과 대상차량을 요금부과 과정동안 한 개의 차선만으로 주행하도록 유도하여 인접차선과의 혼동을 피하고 요금부과의 편리성을 추구하고자 한 방식이다. 이를 위하여 차선을 구분하는 시설물을 차선에 설치하여 차선변경을 불가능하게 한다. 차선구분 시설물에는 레이저 빔 등을 사용한 차량의 도착 인식장치, 각종 통신보조장치 등이 설치된다.
2) 차선 구분 없이 여러 차선을 대상으로 하여 요금을 부과하는 방법(Multi-Lane Scheme)
현재 사용되고 있는 이 방식은 요금부과 영역에 한대 이상의 영상획득 카메라와 차량감지 보조장치 등을 이용하여 요금부과 영역 내에 진입한 차량을 요금부과영역을 벗어날 때 까지 영상처리에 의하여 추적하여 차선별로 설치된 단위 안테나와 연동하여 특정 차량과 통신을 지속하여 통행요금을 부과하는 방식이다.
이러한 종래 방법의 문제점은 다음과 같다.
1) 차선별 요금부과방식의 경우
차선을 구분하는 이유는 무선통신의 특성상 여러 대의 차량이 한대의 통신기지국이 관장하는 통신영역에 들어와 있는 경우 현재 통신중인(또는 요금부과중인) 차량이 어떤 차선에서 주행하고 있는 차량인지를 파악하기 힘들기 때문이며, 또한 요금부과를 위해 통신 중에 통행차량이 차선을 변경할 경우 요금부과에 혼선을 가져오는 것을 피하기 위함이다. 이 경우의 문제점은 첫째, 차선을 구분하기 위한 시설물의 설치공간이 필요하고 둘째, 시설물의 유지관리 문제와 시설물로 인한 고속차량 또는 운전부주의 차량의 사고위험이 상존하며, 셋째, 요금부과영역에서 차량 운행 속도에 제한을 받는다.
2) 차선 구분 없이 다차선을 대상으로 요금을 부과하는 경우
이 경우의 문제점으로는 첫째, 현재 통신중의 차량을 추적하는 데 있어서 오차가 크고, 둘째, 차량의 통과속도가 빠를 경우 요금부과영역이 커지게 되어 이에 따른 보조장치 복잡해지며, 셋째, 차량 위치에 따른 통신 안테나 선택과정(핸드오프:Hand Off)의 에러가 크다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 단점을 근본적으로 해결하고 구조가 간단하며 요금부과 및 불법차량 판단의 오차를 없애며, 요금 부과를 위한 노변통신장치 및 시설물의 설치 및 유지보수가 쉬우며, 차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료 자동 징수 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 통행료 정산지역을 "영역 A"와 "영역 B"를 차례로 설정한다. 즉, 통행 차량(또는 탑재장치)이 "영역 A"로 먼저 진입하도록 하고 그 다음 "영역 B"로 진입하도록 두 지역을 도로상에 설정한다. "영역 A"와 "영역 B"는 필요에 따라 각각1개 이상 설정할 수 있으나, 차량이 "영역 B" 보다 "영역 A"에 먼저 진입하도록 설계한다. "영역 A"와 "영역 B"는 연속적(도1참조)으로 설계하거나 서로 이격(도2참조)시켜 설계할 수도 있다. 여기서는 "영역 A"와 "영역 B"가 각각 1개씩 설정되어 있으며 "영역 A"와 "영역 B"가 연속적으로 설치된 경우를 기준으로 설명한다. 요금 정산 처리과정을 간단히 설명하면, 요금부과 대상차량이 "영역 A"에 먼저 도착하면 요금정산지역의 노변장치와 연계하여 요금계산을 완료하고(또는 요금계산의 대부분의 과정을 끝내고) 요금을 부과한 노변장치에서 해당 차량에게 요금부과 확인정보(또는 확인번호)를 전송한다. 다음으로 요금 정산대상 차량이 "영역 B"에 도착하면 노변장치는 보조장치를 이용하여 이를 인지하고, 확인정보 요구 채널을 통하여 하여 해당 차량에게 앞에서 부여한 요금부과 확인정보(또는 확인정보를 이용하여 산출한 데이터)를 요구한다. 요금부과 확인정보(데이터)를 요구 받은 해당 차량 탑재장치는 "영역 A"에서 부여 받은 확인정보를 이용하여 응답한다. 노변장치는 차량으로부터 온 응답 데이터와 앞에서 부여한 확인정보를 이용하여 위반차량을 판별하는 데 이용하며, 위반 차량임이 확인 될 경우 카메라 촬영, 유도 등의 후 처리를 수행할 수 있도록 한다. 위반차량의 판별은 차량이 확인정보 요구에 일정 시간 이내에 불응하거나 차량의 응답정보가 틀린 경우 또는 노변장치가 확인정보 부여시 위반정보를 송신한 경우이다.
도 1은 다차선 구도하의 자동 통행료 징수 시스템의 개념도 1.
도 2는 다차선 구도하의 자동 통행료 징수 시스템의 개념도 2.
도 3은 기지국과 차량탑재장치의 사건(Event) 처리 순서도.
도 4는 자동 요금징수 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 다차선 구도하의 자동 통행료 징수 시스템의 개념도(요금부과영역과 요금부과 확인영역이 연속된 경우)를 설명하기 위하여 나타낸 것으로, 요금부과 기지국(11)은 요금 부과영역(12)에 도착한 차량과 통신채널을 설정하여 요금부과와 관련된 통신을 주도적으로 수행하여 요금부과를 위한 대부분의 절차를 완료하고, 정상적으로 요금부과 과정을 거친 차량들(15, 차량탑재 장치)에게 서로 다른 요금부과 확인정보를 차량 탑재장치(15)에게 전송한다.
요금부과영역(12)은 요금부과 기지국(11)의 통신가능 지역으로 요금정산 대상 차선을 모두 포함한다. 요금부과영역(12)의 크기는 도로의 트래픽 특성에 따라 적절히 설정하고 필요한 경우 요금부과영역의 전방에 별도의 보조 기지국 장치를 설치하여 요금부과 기지국(11)과 연동하여 운용할 할 수도 있다.
후처리 장치(13)은 요금부과 기지국(11)으로부터 요금확인 정보를 수신하여 저장 관리하며, 요금부과 확인영역(14)에 도착한 차량(143)을 요금부과 확인영역에 설치(또는 설정)한 차량인식 보조장치(142)들을 이용하여 이를 감지하여 감지한 결과에 따라 통행료 정산 확인정보 요구 채널을 통하여 해당 차량에게 앞에서 부여한 요금부과 확인정보(또는 확인정보를 이용하여 산출한 데이터)를 요구한다. 요금부과 확인정보(데이터)를 요구 받은 해당 차량 탑재장치(143)는 "영역 A"(14)에서 부여 받은 확인정보를 이용하여 응답한다.
통행료 정산 확인정보 요구 채널은 요금부과 기지국(11)의 신호와 혼선(interference)을 일으키지 않는 레이저 통신 채널 혹은 별도의 확인정보 송/수신 안테나(131)가 제공하는 무선 채널로 구성한다. 통행료 정산 확인정보 응답 채널은 요금부과 기지국(11)에서 할당 받은 채널 또는 별도의 확인정보 송/수신 안테나(131)가 제공하는 채널을 이용한다. (141)은 별도의 확인정보 송/수신 하기위한 개별 안테나(131)의 통신 영역이다.
후 처리 장치(13)는 요금부과 기지국과 연동하여 응답 메시지를 분석 비교하여 불법차량을 판별하여 위반차량을 규명하여 처리한다.
요금부과 확인 영역(14)은 요금부과 영역(12)을 통과한 차량이 요금부과 확인영역(14)을 회피 할 수 없도록 설정한다. 요금부과 확인영역(14)에서 요금부과 확인번호를 요구 받은 차량은 요금부과 영역(12)에서 수신한 요금부과 확인번호를 송신한다. 요금부과 확인영역(14)는 요금부과확인 기지국(13)의 보조안테나의 통신영역(141)들의 집합으로 구성된다. 이 통신영역(141)을 통과하는 차량은 한번의 매우 짧은 질의 응답과정을 수행함으로써 차선변경이나 통행 속도에 무관하게 요금부과 여부의 확인이 가능하게 된다.
도 2는 다차선 구도하의 자동 통행료 징수 시스템의 개념도(요금부과영역과 요금부과 확인영역이 서로 이격된 경우)를 설명하기 위하여 나타낸 것으로, 요금부과 기지국(21)은 요금부과 영역(22)에 도착한 차량 탑재장치(25)와 통신채널을 설정하여 요금부과와 관련된 통신을 주도적으로 수행하여 요금부과를 위한 대부분의 절차를 완료하고, 정상적으로 요금부과 과정을 거친 차량들(25, 차량탑재 장치)에게 요금부과 확인번호를 부여하고, 요금부과 확인번호를 요금부과 확인 기지국(23)으로 송신한다.
요금부과영역(22)은 요금부과 기지국(21)의 통신가능 지역으로 요금정산 대상 차선을 모두 포함한다. 요금부과영역(22)의 크기는 도로의 트래픽 특성에 따라 적절히 설정한다.
요금부과 확인 기지국(23)은 요금부과 기지국(21)으로부터 요금확인 번호를 수신하여 저장 관리하며, 요금부과 확인영역(24)에 도착한 차량(243)을 요금부과 확인영역에 설치(또는 설정)한 차량인식 보조장치(242)들을 이용하여 이를 감지하여 감지한 결과에 따라 도로의 상부 또는 노측에 설치된 보조안테나(231) 중 한 안테나를 통하여 도착한 차량에게 요금부과 확인번호 요구 메시지를 송신하고 이에 대한 응답 메시지를 수신한다. 또한 요금부과 확인 기지국(23)은 수신한 응답 메시지와 기지국 내에 저장관리하고 있는 요금확인 정보와(번호들과) 비교하여 불법차량을 규명하여 후처리 장치(25)로 확인 내용을 송신한다.
요금부과 확인 영역(24)은 요금부과 확인 기지국(23)에서 제어하는 보조안테나(231)의 통신가능 지역으로서 차량이 요금부과 확인영역에 도착했음을 인지하기 위한 보조장치(242)들이 설치(또는 설정)되는 지역이다. 요금부과 영역(22)을 통과한 차량(243)이 요금부과 확인영역(24)을 회피 할 수 없도록 설정한다. 요금부과 확인영역(24)에서 요금부과 확인번호를 요구 받은 차량은 요금부과 영역(22)에서 수신한 요금부과 확인번호를 송신한다. 요금부과 확인영역(24)는 요금부과확인 기지국(23)의 보조안테나의 통신영역(241)들의 집합으로 구성된다. 이 통신영역(241)을 통과하는 차량은 한번의 매우 짧은 질의 응답과정을 수행함으로써 차선변경이나 통행 속도에 무관하게 요금부과 여부의 확인이 가능하게 된다.
후 처리 장치(25)는 요금정산이 정상적으로 이루어지지 않은 차량에 대하여 비디오나 사진 촬영, 사후 처리를 위한 별도의 차선으로 유도하는 신호등 등을 이용하여 비 정상적인 불법 요금정산 차량에 대한 후 처리를 담당하는 장치이다.
도 3은 노변장치(요금부과기지국, 요금부과 확인 기지국 등 통행료 자동 징수를 위해 도로변에 설치된 전자통신장치)와 차량 탑재장치(요금정산을 위하여 차량에 설치한 통신장치로서 노변장치와 통신이 가능한 장치를 말하며 노변장치와 협동하여 정해진 요금정산 절차를 수행함)의 사건 처리 순서의 일례를 나타낸 것이다.
먼저, 임의의 차량이 요금부과영역에 도착하면 노변장치는 차량 탑재장치와 협동하여 통신채널을 개설(31)하고 요금정산 절차(32)을 수행한다. 요금부과과정(32)을 성공적으로 끝낸 차량탑재장치에 대하여 노변장치는 요금부과확인정보를 부여하고(33) 요금부과확인 정보를 요금부과 확인 기지국 또는 후처리 장치로 전송하고(34) 차량 탑재장치는 처리결과를 운전자에게 디스플레이(35) 한다.
차량이 요금부과확인 영역에 도착하면 노변장치는 이를 보조장치를 활용하여 인지(36)하고 인지결과에 따라 해당 보조안테나를 이용하여 요금부과 확인번호 요구메시지를 전송한다. 확인번호요구 메시지를 수신한 차량 탑재장치는 저장하고 있던 확인정보를 이용하여 이에 응답(38)하고 노변장치는 이를 수신하여 처리(39)한다.
도 4는 자동 요금징수 흐름도를 설명한 그림이다. 즉, 차량탑재 단말기가 요금부과지역에 도착하면 기지국과 차량탑재 단말기 간의 통신채널을 설정하여 요금부과 과정이 수행된다. 요금부과지역에서의 처리절차가 끝난 뒤 차량탑재 단말기가 요금부과 확인 영역에 도착하여 차량의 요금부과 결과를 확인하여 처리하는 과정을 설명하고 있다.
순서1: 요금부과 기지국은 차량탑재단말기와 통신채널 개설을 위하여 통신 프로파일을 주기적으로 내 보낸다(①). 요금부과 영역에 도착한 임의의 차량 탑재 단말은 상기 프로파일을 인식하여 통신채널 개설을 요구하고(②) 통신채널 개설요구를 수신한 요금부과 기지국은 통신 채널을 인가한다(③). 통신채널이 인가되면 차량탑재단말기는 통행료 부과의뢰 메시지를 요금부과 기지국으로 보내고 요금부과 기지국은 요금부과를 위하여 차량탑재 단말기와 필요한 메시지를 주고 받는다(⑤,⑥). 요금부과 기지국은 요금부과 절차가 정상적으로 이루어진 차량탑재 단말기에 대하여 요금부과 확인번호를 부여하고(⑦) 확인번호를 요금부과 확인 기지국으로 전송(⑧)한다.(단, 요금부과 확인번호는 제3의 단말기가 도용할 수 없도록 적절한 암호화 과정을 거칠 수도 있다.)
순서2: 차량이 요금부과 확인 기지국의 통신가능 영역 내에 진입하면, 요금부과확인영역 내에 설정된 차량인식 보조장치를 이용하여 차량의 도착을 인지하여 요금부과 확인번호를 요구한다(⑨). 요금부과 확인번호를 요구 받은 차량탑재 단말기는 즉시 요금부과 기지국으로부터 받은 요금부과 확인번호를 전송한다(⑩).
순서3: 요금부과 확인 기지국은 요금부과 기지국으로부터 요금부과 확인번호를 통지 받아 관리하고 있는 유효번호와 차량 탑재 단말기로부터 받은 요금부과 확인번호를 비교하여 일치하면 해당번호를 메모리에서 삭제하고, 확인번호가 일치하지 않거나 정해진 시간 이내에 응답이 없으면 불법차량으로 간주하여 후 처리 장치에 이를 알린다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
가. 차선을 구분하기 위한 시설물의 설치공간이 필요 없고, 차선구분 시설물을 설치하지 않기 때문에 운전자 부주의로 인한 사고를 줄일 수 있다.
나. 자동 요금부과를 위한 보조 장치의 설치와 이의 유지관리에 드는 비용을 대폭 축소할 수 있다.
다. 주행 차량은 통행료 정산지역에서의 통행료 정산을 위하여 차량 운행 속도의 제한을 받지 않는다.
라. 기존의 차량식별 부가장치 설치 및 유지관리 비용을 줄일 수 있다.
마. 요금정산에 실패한 차량이나 차량탑재장치를 장착하지 않은 차량의 식별 확률이 매우 높다.
바. 기존에는 차선별로 도로상에 설치된 측정 부가장치로 인해 차량운행 제한이 요구될 뿐만 아니라 안전사고의 위험이 높았다. 본 방식을 도입함으로써 차량의 감속 없이 차량요금징수가 가능하다.
사. 도로 통행료 요금 정산소의 시설 및 설치 공간을 대폭 축소할 수 있다. 즉, 톨 플라자(Toll Plaza; 현재의 톨게이트 구조물)가 필요 없으며 도로 상부의 구조물(Gantry)도 1개 이내로 설계하는 것이 가능하다.
아. 기존에는 차량의 통과속도가 빠를 경우 요금부과영역이 커지게 되어 이에 따른 보조장치가 복잡해지지만 본 방식을 도입하면 이 문제를 해결할 수 있다.
자. 차량 위치에 따른 통신 안테나(또는 주파수) 선택과정(핸드오프)에서의 시간지연이나 에러가 전혀 없다.

Claims (4)

  1. 자동 통행료 징수 시스템에 있어서 통행료 정산 지역을 "영역A" 와 "영역B"의 두 가지 영역으로 나누고,
    상기 "영역A" 에서 요구된 요금정산절차를 정상적으로 완료한 탑재장치에게 노변장치가 확인정보(또는 번호)를 부여하고, 차량 탑재장치는 이 확인정보(또는 번호)를 저장하고 있다가 "영역B" 에서 노변장치로부터 요구가 있을 때 저장하고 있는 확인정보(또는 번호)를 이용하여 응답하고, 노변장치가 확인정보(또는 번호)를 확인하여 사후 처리를 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료 자동 징수 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노변장치와 탑재장치는 "영역A"에서 요금정산의 일부 과정을 수행하고, 수행결과에 대한 일부 정보를 노변장치와 탑재장치가 보존하고 있다가 이를 "영역B" 에서 노변장치와 탑재장치가 요금정산의 나머지 과정을 수행하는 데 이용하여 요금부과가 되지 않았거나 비 정상적으로 처리된 차량을 노변장치가 구분해 내어 처리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료 자동 징수 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 통행료 정산 지역은 "영역A" 보다 먼저 "영역B"에 진입할 수 없도록 "영역A"와 "영역B"를 배치하는 것을 특징으로 하는 차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료 자동 징수 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통행료 정산 지역의 요금부과 영역("영역A") 를 다수개의 연속적인 부 영역으로 나누어 운영하는 것을 특징으로 하는 차량의 감속이 없고 자유로운 차선변경을 허용하는 도로통행료 자동 징수 방법.
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