KR20010099500A - 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템은 콘트롤 유니트(10)에서 발생된 특정 주파수의 전파를 안테나부(20)를 통해 발신하고, 상기 발신된 전파가 차량(30)에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하여 도로를 주행하는 차량(30)에 관한 교통정보를 검출하고, 상기 검출된 교통정보를 통해 교통신호제어기(60)를 자동으로 제어하는 방식이므로, 상기 안테나부(30)를 도로 측면에 설치하여 사용함에 따라 설치 비용이 절감되고, 유지관리가 편리함과 동시에 차선 변경등으로 인한 이설 공사시에도 짧은 시간내에 적은 비용으로 이설 공사를 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템{ARTIFICIAL INTELLIGENCE TYPE RADAR SYSTEM FOR AUTO TRAFFIC CONTROL}

본 발명은 교통제어용 차량감지 시스템에 관한 것으로서, 특히 GPR용 안테나를 통해 전파를 방사하고, 그 방사된 전파가 차량에 반사되어 나오는 반사파를 검출하여 임의의 도로를 통과하는 차량의 대수, 차량의 길이, 점유율, 차선별 및 시간대별 차량의 통행량, 차선별 및 시간대별 차량의 이동속도 등의 교통량 정보를 계산하고, 상기 교통량 정보에 따라 적절하게 교통신호기를 제어하는 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 GPR(Ground Penetration Radar)이란 수MHz - 수GHz 범위의고주파의 전자파신호를 방사시킨 후 목표물의 탐지 및 위치를 파악하는 레이다 탐사법의 일종으로, 지하 불균질대에 대한 고분해능의 영상을 연속적으로 얻을 수 있어 구조물 내부 및 지반에 대한 정보를 신속하고 경제적으로 획득할 수 있다.

상기 GPR(지면 관통 레이더)은 고형의 사물 또는 지하의 매설물을 비파괴적이고 비관통적인 방법으로 탐측하는 효율성 높은 방법을 의미한다. 휴대용 안테나를 사용해서 고주파 레이더를 송/수신함으로써 운영자는 하부구조물의 영상을 얻게 되는데, 이것은 마치 지상의 레이더가 비행체의 영상을 얻기 위해 사용되는 것과 같다.

GPR은 지하의 파이프, 공간, 개별적인 사물들(예를 들어 저장 탱크, 불발탄 등)의 위치를 맵핑 및 이미징하는 작업에 적용할 수 있다. 또한 구조체들의 지질학적 분석에 적용되기도 하며, GPR을 이용하면 콘크리트 구조체, 가령 고속도로상의 다리나 댐 등을 탐측하는데 있어서도 지대한 효과를 거둘 수 있다.

때문에 그 적용 대상이 지하 매설물, 배면공동,터널의 이상대탐지 등 여러 분야로 확산되고 있으며 기존의 조사법에 비해 장비의 운용과 자료 수집 및 처리가 비교적 간단하고 결과자료의 해상도 및 정밀도가 뛰어나기 때문에 보통 20m이하의 천부 지반 탐사나 수cm-수m단위의 구조물을 대상으로 하는 조사부문에 효과적으로이용할 수 있다.

종래에 도로의 교통정보를 위한 차량 감지수단으로는 ILD(Inductive Loop Detector), Microwave Radar, 원적외선, 영상이미지처리방식, 초음파 방식 등이 사용되고 있으며, 그 중 ILD방식이 가장 일반적으로 사용되고 있다.

상기 ILD 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 검지 코일(4)을 차량(2)이 주행하는 노면(路面)에 1.8m×1.8m 정방형으로매설시켜, 상기의 노면으로 차량이 주행하게 되면 노면에 설치된 감지영역에서는 차량에 의해 검지 코일의 인덕턴스가 변화되어 이를 감지하여 검출하는 방식이다.

이와 같은 종래의 ILD 방식은 설치시 아스팔트를 절단하고, 감지코일(4)을 노면의 하부측에 매설한 후 방수처리하며, 상기와 같이 매설된 감지코일(4)을 교통제어기(6)에 접속하기 위하여, 검지 코일(4)로부터 교통제어기(6)로 이어지는 배선이 매설된 배관(8)을 설치하여야 한다.

상기와 같은 종래의 ILD방식은 감지코일(4)이 설치된 노면으로 중량이 큰 대형차 등이 주행시에는 노면에 변형을 가져와 감지코일(4)이 파손되는 경우가 발생될 뿐만 아니라, 많은 교통량에 의해서도 변형, 절단, 방수능력의 저하 및 누수 등에의해 고장을 발생시키는 횟수가 많아 사용도중 에러가 종종 발생하는 문제점을안고 있다.

또한, 아스팔트 덧 씌우기 공사를 한후에는 매설지점의 표시가 없어져 재매설시 매설지점을 선정하기 어려울 뿐만 아니라, 고장시에는 종전에 매설되어 있는 감지 코일을 노면에 설치한 채로 인접지점의 부위에 재매설 공사를 해야하는 문제점이 있어 경제적이지 못하다.

또한, 차선 변경시에 매설된 감지 코일의 재매설에 따른 공사비가 신설시의 비용과 거의 동일하게 소요될 뿐만 아니라,감지 코일을 매설할때에 발생되는 교통체증을 유발하는 등 문제점을 발생시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 콘트롤 유니트에서 발생된 특정 주파수의 전파를 안테나를 통해 발신하고, 상기 발신된 전파가 차량에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하여 도로를 주행하는 차량에 관한 교통정보를 검출하고, 상기 검출된 교통정보를 통해 교통제어기를 자동으로 제어하는 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 차량 감지장치를 개략적으로 나타낸 도시도,

도 2는 본 발명에 의한 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도,

도 3은 본 발명의 콘트롤 유니트를 개략적으로 나타낸 도시도,

도 4는 본 발명에 의한 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템에서 콘트롤 유니트와 안테나부의 작동방식을 개략적으로 나타낸 도시도,

도 5는 본 발명의 일 실시례로서 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템이 설치된 도로상에 차량이 이동하는 것을 개략적으로 나타낸 도시도,

도 6a ∼ 6f는 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템의 컴퓨터에 나타나는 차량의 이동상황을 개략적으로 나타낸 도표,

도 7은 본 발명의 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템에서 안테나부가 송신부와 수신부로 나뉘어 설치되는 것을 개략적으로 나타낸 도시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10: 콘트롤 유니트 11: 펄스발생기

12: 신호해석기 13: 신호출력기

14: Tx/Rx 포트 15: Tx 포트

16: 옐로우 케이블 17: 그린 케이블

18; 전원 포트 19: 퓨즈 박스

20: 안테나부 21∼24: 안테나1∼안테나4

25: 송신부 26: 수신부

27: 송신용 안테나 28: 수신용 안테나

30: 차량 40: 컴퓨터

50: 전원공급장치 60: 교통신호제어기

이하에서 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 선택되어진 파장의 전자기파를 발생시키며 차량에 반사되어 수신된 전자기파를 입력받는 콘트롤 유니트(10)와, 도로 측면의 소정부위에 설치되어 있으며 상기 콘트롤 유니트(10)에서 발생된 전자기파를 발신하고 상기 발신된 전자기파가 임의의 물체에 반사되어 나오는 반사파를 수신하여 콘트롤 유니트(10)에 전달하는 안테나부(20)와, 상기 콘트롤 유니트(10)와 케이블을 통해 연결되어 있으며 콘트롤 유니트(10)에서 해석된 데이타신호를 전달받아 교통신호제어기(60)를 제어함과 동시에 사용자가 시각적으로 인식할 수 있도록 디스플레이하는 컴퓨터(40)와, 상기 콘트롤 유니트(10)와 컴퓨터(40)에 전원을 공급하는 전원공급장치(50)로 구성되어 있다.

상기 콘트롤 유니트(10)에서는 사용자의 조작에 의해 임의의 파장을 가진 전자기파를 발생시키며, 상기 전자기파는 안테나부(20)를 구성하는 안테나1∼안테나4(21∼24)를 통해 전방으로 방사되고, 상기 방사된 전자기파는 통행하는 차량(30)에 반사되어 다시 안테나부(20)에 수신된다.

상기 안테나부(20)에 수신된 반사파는 콘트롤 유니트(10)에 전달되어 신호 해석과정을 거쳐 컴퓨터(40)에 전달되며, 상기 컴퓨터(40)에서 차량의 통행량 및 차량 이동속도 등에 따라 교통신호제어기(60)를 조절하게 된다.

본 발명에 의한 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템은 일실시례로서RADAR System, inc에서 제작된 Georadar "ZOND-12c" 모델을 시스템 장치로 사용하는데, 상기 ZOND-12c는 콘트롤 유니트와 안테나가 일체로 포함되어 있으며, 배터리를 이용하여 전원공급을 받고, 콘트롤 유니트에서 전달된 데이타신호를 노트북을 통해 분석하는 방식으로서, 상기 콘트롤 유니트는 38, 75, 150㎒의 낮은 주파수(Low Frequency) 영역부터 300, 500, 900㎒ 및 2㎓의 높은 주파수 영역까지 조절가능하며, 높은 주파수 영역과 낮은 주파수 영역은 수신감도를 높일 수 있도록 각각 별도의 전용 안테나를 사용한다.

상기 콘트롤 유니트(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 송신부과 수신부를 일체로 포함하고 있는 안테나부(20)와 연결하는 Tx/Rx 포트(14)와, 송신부와 수신부를 별도로 사용하는 안테나부(20)의 송신부에 연결하는 Tx 포트(15)가 후면에 구비되어 있으므로, 필요에 따라 안테나의 송신부와 수신부를 분리하여 사용가능하다.

또한, 상기 콘트롤 유니트(10)는 컴퓨터(40)의 시리얼 포트(도시되지 않음)에 연결하는 옐로우 케이블(16)과, 컴퓨터(40)의 패러렐 포트(도시되지 않음)에 연결하는 그린 케이블(17)이 구비되어 있으며, 상기 옐로우 케이블(16)과 그린 케이블(17)을 통해 반사파를 통해 해석된 데이타 신호를 전달한다.

상기 콘트롤 유니트(10)는 일반 12V 용 배터리를 전원공급장치(50)로 사용할 수 있도록 별도의 전원포트(18)를 구비하고 있으며, 과전류 등의 순간적인 전기충격에 의해 보호될 수 있도록 2A 퓨즈를 사용하는 퓨즈 박스(19)를 구비하고 있다.

상기 콘트롤 유니트(10)와 안테나부(20)에서 전자기파가 송신 및 수신되는 과정을 이하에서 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 콘트롤 유니트(10)에 내장된 펄스발생기(11)에서는 사용자의 조작에 따라 임의의 파장을 가진 전자기파를 발신하고, 동시에 신호해석기(12)에 전자기파의 파장 및 발신시간을 전달한다.

상기 펄스발생기(11)에서 발생된 전자기파는 안테나부(20)의 송신부(25)를 통해 외부로 방사되고, 상기 발신된 전자기파는 차량의 매질 경계면에서 일부가 반사되어 되돌아오고 일부는 투과하여 진행방향으로 전파된다.

상기 반사된 반사파는 안테나부(20)의 수신부(26)에 수신되고, 상기 수신부(26)에서는 다시 수신된 반사파를 콘트롤 유니트(10)의 신호해석기(12)에 전달하게 된다.

한편, 상기 투과된 투과파는 다시 먼거리에서 주행하는 차량(30)의 매질 경계면에서 반사되어 2차 반사파를 발생시키며, 상기 2차 반사파는 다시 안테나부(20)의 수신부(26)에 수신된다.

상기 신호해석기(12)에서는 펄스 발생기(11)를 통해 전달된 전자기파의 파장 및 발신시간과, 안테나부(20)의 수신부(26)를 통해 전달된 반사파를 통해 현재 도로상을 통과하고 있는 차량(30)의 대수와 이동속도를 검출하고, 신호 출력기(13)를 통해 컴퓨터(40)에 전달한다.

상기 컴퓨터(40)는 별도의 응용프로그램을 통해 콘트롤 유니트(10)에서 전달된 데이타신호를 분석하고, 사용자가 시각적으로 인식할 수 있도록 디스플레이하며, 상기 분석된 데이타신호를 통해 교통신호제어기(60)를 통제한다.

도 4는 본 발명의 일실시례로서 콘트롤 유니트(10)에서 발생하는 주파수를 500㎒로 선택하고, 4차선 도로에서 차량의 이동상황을 검출한 것이으로서, 하부 2개 차선은 우측방향 차선이고 상부 2개 차선은 좌측방향 차선이며, 도 5a∼5f는 신호해석 프로그램인 "Prism"을 통해 차량의 이동상황을 개략적으로 나타낸 도표로서, X축은 차선을 의미하는 것이고 Y축은 시간별로 차량의 이동상황을 나타내는 것이다.

또한, 도 5a∼5f에 나타난 X축의 상부 첫번째 칸은 안테나부(20)에서 가장 가까운 우측진행 2차선이며, 두번째 칸은 우측진행 1차선, 3번째 칸은 좌측진행 1차선, 4번째 칸은 좌측진행 4차선이다.

상기 Y축을 10개의 칸으로 표시한 것은 시간별 차량의 진행상황을 분리하여 설명하기 위한 것이며, 일 실시례로 1개의 칸은 5초라고 설정하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이 안테나부(20)를 작동시킨 시점에서는 우측진행 1차선에서 차량 1대가 안테나부(20)의 전면을 통과하고 있으며, 5초 후 좌측 진행 2차선에 차량 1대가 통과하고, 다시 5초 후 좌측 진행 1차선에 1대 및 우측진행 2차선에 1대가 통과하고, 다시 5초 후 좌측 진행 1차선에 1대 및 우측진행 1차선에 1대가 통과하고, 다시 5초 후 우측진행 1차선 및 2차선에 각각 1대가 통과하고, 다시 5초후 좌측 진행 2차선에 1대가 통과한다.

상기 안테나부(20)에서는 지속적으로 전자기파를 방사하므로 상기 방사된 전자기파는 차량(30)이 안테나부(20)의 전면을 통과할때 마다 반사파 및 투과파가 발생하게 되며, 상기 반사파는 안테나부(20)의 수신부(26)에 수신되고, 투과파는 후면에 차량이 다시 통과할 경우 2차 반사파를 발생하여 마찬가지로 안테나부(20)의 수신부(26)에 수신된다.

상기 전자기파의 이동속도는 차량의 이동속도에 비해 훨씬 빠르므로 상기 반사파와 2차 반사파의 시간적인 차이는 무시해도 좋다.

따라서, 상기 도 5a에 도시된 바와 같이 5초이내에 나타나는 차량은 우측진행 1차선 뿐이며, 5초가 경과한 후에는 도 5b에 도시된바와 같이 우측진행 1차선과 좌측진행 2차선의 차량이 검출되고, 다시 5초가 경과한 후에는 도 5c에 도시된바와 같이 우측진행 1차선과 좌측진행 2차선과 우측진행 2차선과 좌측진행 1차선의 차량의 검출되고, 다시 5초가 경과한 후에는 도 5d에 도시된바와 같이 우측진행 1차선과 좌측진행 2차선과 우측진행 2차선과 좌측진행 1차선과 우측진행 1차선과 좌측진행 1차선의 차량의 검출되고, 다시 5초가 경과한 후에는 도 5e에 도시된바와 같이 우측진행 1차선과 좌측진행 2차선과 우측진행 2차선과 좌측진행 1차선과 우측진행 1차선과 좌측진행 1차선과 우측진행 2차선과 우측진행 1차선의 차량의 검출되고, 다시 5초가 경과한 후에는 도 5f에 도시된바와 같이 우측진행 1차선과 좌측진행 2차선과 우측진행 2차선과 좌측진행 1차선과 우측진행 1차선과 좌측진행 1차선과 우측진행 2차선과 우측진행 1차선과 좌측진행 2차선의 차량의 검출된다.

상기 도 5a∼5f에 도시된 바와 안테나부(20)의 전면을 통과하는 차량(30)은 포물선을 꺼꾸로 세워놓은 역포물선 형태로 나타나게 되는데, 상기 역 포물선 형태는 반사파의 양에 따라 결정되므로, 차량의 이동속도가 빠르게 되면 상기 역 포물선의 크기가 줄어들게 된다.

따라서, 초기에 기준속도에 따른 역포물선의 크기를 셋팅하게 되면, 역포물선의 크기에 따라 차량(30)의 이동속도를 산출할 수 있게 된다.

즉, 교차로의 4곳에 상기 안테나부(20)를 각각 설치한 경우에 상기 컴퓨터(40)에는 콘트롤 유니트(10)를 통해 각각의 도로상에 주행하고 있는 차량의 대수 및 이동속도를 검출할 수 있게 되며, 각 도로의 교통량에 따라 교통신호제어기(60)를 통제하여 원할한 교통흐름을 유지할 수 있게 된다.

상기 콘트롤 유니트에서 발생하는 주파수를 300㎒로 선택하는 경우에는 더 넓은 차선의 도로를 검출할 수 있으므로, 본 발명에 의한 인공지능형 교통 신호제어 레이다 시스템에서는 도로 여건에 따라 주파수를 자유롭게 변화시키면서 도로상의 교통상황을 파악할 수 있게 된다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 안테나부(20)는 송신부(25)로 구비된 별도의 송신용 안테나(27)를 도로의 일측에 설치하고, 수신부(26)를 구비한 별도의 수신용 안테나(28)를 도로의 타측에 설치함으로써 보다 정밀한 측정이 가능하며, 본 발명의 콘트롤 유니트(10)에는 안테나부(20)의 송신부(25)와 수신부(26)를 별도로 사용가능하도록 별도의 Tx 포트(15)를 구비하고 있다.

본 발명에 의한 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템은 콘트롤 유니트(10)에서 발생된 특정 주파수의 전파를 안테나부(20)를 통해 발신하고, 상기 발신된 전파가 차량(30)에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하여 도로를 주행하는차량(30)에 관한 교통정보를 검출하고, 상기 검출된 교통정보를 통해 교통신호제어기(60)를 자동으로 제어하는 방식이므로, 상기 안테나부(30)를 도로 측면에 설치하여 사용함에 따라 설치 비용이 절감되고, 유지관리가 편리함과 동시에 차선 변경등으로 인한 이설 공사시에도 짧은 시간내에 적은 비용으로 이설 공사를 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. GPR을 이용한 교통 제어장치에 있어서,

   선택되어진 파장의 전자기파를 발생시키며 차량에 반사되어 수신된 전자기파를 입력받는 콘트롤 유니트와, 도로 측면의 소정부위에 설치되어 있으며 상기 콘트롤 유니트에서 발생된 전자기파를 발신하고 상기 발신된 전자기파가 임의의 물체에 반사되어 나오는 반사파를 수신하여 콘트롤 유니트에 전달하는 안테나부와, 상기 콘트롤 유니트와 케이블을 통해 연결되어 있으며 콘트롤 유니트에서 해석된 데이타신호를 전달받아 교통신호제어기를 제어함과 동시에 사용자가 시각적으로 인식할 수 있도록 디스플레이하는 컴퓨터와, 상기 콘트롤 유니트와 컴퓨터에 전원을 공급하는 전원공급장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 콘트롤 유니트는 사용자의 조작에 의해 특정 파장의 주파수를 발생함과 동시에 송신부과 수신부를 일체로 포함하고 있는 안테나와 연결하는 Tx/Rx 포트와, 송신부와 수신부를 별도로 사용하는 안테나의 송신부에 연결하는 Tx 포트와, 컴퓨터의 시리얼 포트에 연결하는 옐로우 케이블과, 컴퓨터의 패러렐 포트에 연결하는 그린 케이블과, 전원공급장치를 통해 전원을 공급받는 전원포트와, 과전류 등의 순간적인 전기충격에 의해 콘트롤 유니트를 보호하는 퓨즈박스로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 콘트롤 유니트는 38㎒에서 2㎓까지 사용자의 조작에 따라 선택된 주파수에 해당하는 전자기파를 발생하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 교통 자동제어 레이다 시스템.