KR20010027668A - 광섬유 센서를 통한 차량감지및 교통정보 수집원리 - Google Patents

광섬유 센서를 통한 차량감지및 교통정보 수집원리 Download PDF

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Abstract

본 발명품은 광섬유 센서를 이용하여 차량의 이동속도와 차량의 종류를 감지하고 이를 통한 교통정보의 수집 시스템이다. 기존의 인덕티브 루프감지기나 자기 감지기, 초음파 감지기, 화상처리 감지기 등은 민감도와 신뢰도가 광섬유 센서에 비해 매우 떨어지고 가격도 매우 비싸고 고장이 많아 유지보수비가 높다. 광센서를 통한 차량감지기는 광섬유에 압력이 가하여지면 감지기 등은 위상이 변하게 되어지는데 센서에 가해지는 압력에 따라 그 위상 변화의 정도가 다르게 나타난다. 이러한 각각의 위상변화를 계산하여 차량의 종류와 차량의 속도를 알 수 있다. 차량의 속도는 광섬유 센서에 의해 감지되어지는 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 위상변화의 간격을 구하여 속도를 구해 낼 수 있다. 또한 이러한 정보는 유선과 무선을 통하여 교통정보센터에 전달되어지고 이 정보를 가공하여 교통정보화 할 수 있다.

Description

광섬유 센서를 통한 차량감지 및 교통정보 수집 원리 {Gathering Principle of Vehicle Perception and Traffic Information with Fiber Optic Sensor}
광섬유 센서를 이용한 차량감지 및 이를 통한 교통정보의 수집은 다른 차량감지 장치보다 신뢰도나 운영하는데 있어서 간편하고 유지보수비가 저렴하다. 국내에서 가장 많이 쓰고있는 인덕티브 루프감지기는 금속물체에 반응하기 때문에 외부의 전자장이나 전자파에 영향을 받을 수 있으며 유도코일은 광섬유에 비해 부피가 수 십 배나 커서 도로에 설치 및 유지 보수하는데 많은 어려움이 있다. 특히 루프의 수명이 도로 노면의 강도에 좌우되기 때문에 차량의 많은 통행이 있는 도심지역에서는 쉽게 수명이 다하고 교체하는 데에도 많은 어려움이 있다. 초음파 감지기는 차량의 속도와 차량의 종류를 일부 인식하기는 하지만 도심지역과 같은 차량정체가 심한 지역에서 적용하기에는 곤란하고 특히 방향성이 없기 때문에 주변환경에 민감하고 가격이 매우 비싸다. 또한 화상처리에 의한 감지기는 밤이나 비오는 날, 어두운 날씨에는 교통량을 측정하기가 곤란하다. 이에 반해 광섬유를 이용한 차량 감지장치는 다른 장비에 비해 그 부피가 매우 작고 신뢰도나 민감도가 매우 뛰어나 이를 이용하여 다른 많은 부분에서 적용이 되어질 수 있다. 광섬유 센서의 반응속도가 매우 빠르고 정확하기 때문에 자동차의 앞바퀴와 뒷바퀴에 걸리는 무게와 그 하중으로 인한 빛의 위상변화를 구하여 속도를 정확하게 구할 수 있다. 무엇보다 광섬유를 이용한 차량 감지기는 섬유내부의 빛의 흐름의 변화를 이용하여 인식하기 때문에 주변환경의 전자파나 음파, 고주파 등의 영향을 받지 않는다. 또한 주변환경에 전파장애를 주지 않기 때문에 사용이 안전하다. 광섬유는 정보 전송시 손실이 거의 없기 때문에 수 킬로미터 떨어진 원격지에서도 신호를 제어할 수 있다. 이렇기 때문에 넓은 지역에 흩어진 감지센서를 중간 증폭기 없이 경제적으로 간단하게 처리할 수 있다. 이렇게 수집되어진 정보는 광섬유를 통해 교통정보센터에 보내어진다. 도심 외곽 지역과 같은 외진 곳에는 무선통신시스템을 이용하여 정보를 획득할 수 있으나 교통량이 많고 복잡한 도심지역에서는 광섬유를 이용한 유선망을 통하여 전송되어지는 것이 정확하고 어느 한 회선에서 여러개의 지선으로 분할될 수 있기 때문에 경제적으로 이용할 수 있다. 다른 차량감지장비는 센서와 회선의 일대일 대응이 이루어져야 하므로 비경제적이다.
도면 2 에서처럼 차량이 통행하지 않을 때는 광섬유 속의 위상에 아무런 변화가 없지만 도로 위로 차량이 통과할 때는 차량의 하중에 의해 광의 위상에 변화가 생기게 된다. 이 변화는 각각의 차량에 따라 다르게 나타나게 되는데 이를 이용하여 차량의 종류를 파악한다. 그리고 위상변화가 자동차의 앞바퀴와 뒷바퀴에 의해 두 번 나타나는데 이 간격을 가지고 차량의 이동속도를 게산할 수 있다. 즉 자동차의 앞바퀴와 뒷바퀴의 간격거리를 위상변화의 시간으로 나누어주면 속도를 구할 수 있다. 혹은 센서를 두군데 설치하여 앞바퀴나 뒷바퀴의 압력을 두번 감지하여 속도를 계산할 수 있다. 이러한 장치는 도로의 모든 차선에 설치하여 각 방향에서의 교통량과 교통흐름을 파악한다. 그리고 이 정보는 유·무선을 통하여 교통정보센터에 전송되어 교통정보화 한다.
광섬유 센서를 이용한 차량감지는 차량이 통행하는 도로에 광섬유를 설치하고 섬유의 한쪽에서 레이저를 발사하고 다른 한쪽에서는 검사기(detector)로 광섬유 내의 빛의 위상을 검사한다. 그리고 위상변화의 정도와 간격을 계산하여야 한다.
도 1은 본 발명품에 따른 차량감지의 개략적인 설명도다.
도 2는 광신호의 변화로 차량 구별 방법의 개념도다.
도 3은 위상변화 측정의 광섬유 센서를 나타내는 설명도다.
도 4는 차의 속도를 계산하는 개략적 설명도다.
도 5는 광송수신장치 및 정보 전송로를 블록도로 도시한 것이다.
도면 5에서 광섬유 센서(11)로 도로상의 통행하는 자동차의 하중으로 광의 위상의 변화를 조사하여 자동차의 종류와 속력을 조사 할 수 있다. 측정 원리는 도면 3의 양쪽에 있는 거울 사이에서 빛이 왕복하면서 정렬된 공진주파수가 일정하게 지속되는데 이때 한쪽 거울은 반투명 거울로 빛이 방출되어져야 한다.이러한 원리는 (Fabry-Perot interferometer)이다. 이렇게 일정한 주기와 진폭을 가지는 주파수가 왕복을 하고 있다가 자동차가 지나갈 때 자동차의 하중으로 인하여 그 파형이 불규칙한 모습이 나타나게 되는데 이 때를 조사하여 이미 알고 있는 자동차의 하중에 따른 파형과 비교하여 자동차의 종류를 알아 낼 수 있다. 또한 처음에 일그러진 파형이 나타난 다음 일그러진 파형과의 간격을 조사하여 자동차의 속력을 구할 수 있다.
도면 4 에서 굴절된 파형 A가 나타난 후 B가 나타나게 되는데 A는 지나가는 자동차의 앞바퀴의 하중에 의한 파형의 일그러짐이고 B는 뒷바퀴에 의해 나타나는 파형이 된다. 그러므로 두 파형 사이의 간격 L과 시간차를 구하여 지나가는 자동차의 속력을 구할 수가 있는 것이다. 또한 각각의 광섬유 센서에 나타나는 신호의 위상(Phase)변화의 빈도를 조사하여 차량의 통행량을 조사할 수 있다. 이렇게 수집된 교통정보는 각 지역교통센터에서 실시간 교통상황에 맞게 제어할 수 있고 이러한 데이터를 중앙교통센터에 보낸다. 즉 광센서에 의해 조사된 교통상황을 교통신호와 연계하여 Local Control을 할 수 있도록 한다. 도면 5에서 광신호를 전기적 신호로 변환시키는 변환기(12)는 광센서에 의해 조사된 데이터를 교통정보센터에 전송하기 위한 통신 포맷으로 변환하는 장치이다. 광섬유를 통한 유선전송과 원거리 지역에 설치된 감지기로부터 교통정보센터로의 데이터 전송을 위한 무선 송신장치도 이용가능하다. 그리고 유·무선 데이터 송수신기를 사용한 지역 신호 제어기(15)는 광섬유 센서와 교통신호기를 연계하여 일정 지역의 교통신호를 제어하기 위한 장치이다.
복잡해지고 다변화되어지는 환경속에서 효율적이며 편리한 생활을 영위하기 위해 여러가지 교통정보들이 제공되어지고 있다. 그러한 교통정보를 정확하며 신속하게 조사하기 위한 방안으로 광섬유를 이용한 센서로 교통흐름을 파악한다. 광섬유 센서는 다른 장비보다 정확하며, 한번 설치로 반영구적으로 이용이 용이하며 정보의 전송에 있어서도 에러가 적다. 이러한 감지기를 통하여 도로상을 주행하고 있는 차량의 속도, 종류, 통행시간을 인지, 분석 처리함으로써 도로 상의 차량의 흐름을 원활히 제어할 수 있다. 또한 이러한 정보를 전국에 흩어진 감지기를 유·무선 통신시스템을 이용하여 교통정보를 쉽고 빠르게 이용자에게 전달할 목적으로 데이터베이스를 구축한다.

Claims (7)

  1. 도로상에 주행하는 차량의 흐름을 광신호의 위상변화로 조사하기 위한 광센서(11); 광센서(11)에서 수집된 정보를 교통센터로 보내기 위해 데이터를 변환하는 변환기(12); 광센서(11)로부터 조사된 교통정보를 토대로 일정지역의 교통흐름을 제어하는 지역교통센터(13); 지역교통센터(13)로부터 정보를 입력받아 실시간으로 신호를 제어하는 지역 신호제어기(14); 지역교통센터(13)에서 교통정보를 수신하는 중앙교통정보센터(15)를 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1항의 광섬유 센서에서 센서를 하나만 설치하고 차량의 앞바퀴와 뒷바퀴에 의해 각각 작용하는 하중에 의해 광신호의 위상이 변화되는데 일그러진 위상을 가지고 차량의 종류를 조사하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1항의 광섬유 센서에서 센서를 하나만 설치하고 차량의 앞바퀴와 뒷바퀴에 의해 각각 작용하는 압력이나 혹은 바퀴가 일정한 거리의 두센서를 지나갈때 하중에 의해 광의 위상이 두 번 변화되는데 그 변화된 위상의 간격으로 차량의 속도를 조사하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 광섬유 센서에 의해 조사된 정보를 가지고 실시간으로 지역 교차로에서 교통신호기에 연결하여 지역별로 신호를 연동제어할 수 있는 지역교통센터를 특징으로 하는 시스템.
  5. 광섬유 센서에 의해 조사된 정보를 유선 및 무선통신으로 교통정보센터에 전송하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 페브리-페로트 공진기(Faber-Perot Resonator)를 사용하여 광섬유의 위상변화를 조사하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 광섬유 센서의 진동으로 도난방지등 보안과 교량/터널등의 안전 점검을 특징으로 하는 시스템
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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