KR200193479Y1 - 교통제어용 차량속도 감지장치 - Google Patents

교통제어용 차량속도 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 교통제어용 차량속도 감지장치에 관한 것으로 특히, 복잡한 도로의 교통흐름을 최적으로 제어하도록 교통체계를 지능화하여 교통운영의 효율성을 확보하고, 교통안전 및 교통환경개선에 기여할수 있는 교통제어용 차량속도 감지장치에 관한 것으로, 특히 공지된 교통제어용 차량속도 감지장치내의 마이크로프로세서(18)에 디지탈입력인터페이스(14)를 설치하고, 이 디지탈입력인터페이스(14)의 입력단에는 수개의 디지탈 스위치로 구성되어 도로를 주행하는 차량(6) 감지영역간의 거리 및 안테나(2)를 포함하는 레이다모듈(3)의 설치높이를 사용자가 임의로 설정하여 차량속도를 보정할 수 있는 감지거리 설정스위치(12)와 설치높이 설정스위치(13)를 부가 설치함은 물론 마이크로프로세서(18)에 디지탈출력인터페이스(15)를 설치하고, 이 디지탈출력인터페이스(15)의 출력단에는 기존의 교통신호기(22)내에 설치되어 있는 신호처리부(32)에 감지신호를 전달하여 기존의 2루프코일방식 속도감지장치와 호환되게 사용할 수 있도록 하는 2개의 릴레이(16)(17)를 부가 설치한 것이다.

Description

교통제어용 차량속도 감지장치 {Detector for sensing the speed of automobiles for traffic control}
본 고안은 교통제어용 차량속도 감지장치에 관한 것으로,더욱 상세하게는 복잡한 도로의 교통흐름을 최적으로 제어하도록 교통체계를 지능화하여 교통운영의 효율성을 확보하고, 교통안전 및 환경개선에 기여할 수 있도록 고안한 것이다.
일반적으로 도로상을 주행하는 차량의 속도를 얻기 위한 차량감지수단으로는 ILD(Inductive Loop Detector)방식, 마이크로파 도플러 레이다(Microwave Doppler Radar)방식, 레이져(Laser)방식, 영상이미지 처리방식, 초음파방식, 자기센서방식등이 사용되고 있으며, 그중 가장 흔히 사용되는 것은 ILD방식을 사용하고 있는 실정이다.
그런데, 상기한 ILD방식은 도 1에 나타낸 바와 같이, 전방루프코일(20)과 후방루프코일(21)을 차량(6)이 주행하는 노면에 소정거리를 두고 1.8m×1.8m 정방형으로 매설시켜, 상기의 노면으로 차량이 통과하게 되면 루프코일이 설치된 감지영역에서 차량에 의해 감지코일의 인덕턴스가 변화되도록 하고, 이 인덕턴스 변환신호는 루프앰프(23)를 통해 소정레벨로 증폭된 후 교통제어기(22)내에 설치되어 있는 신호처리부(32)로 입력되도록 구성되어 있다.
이때, 상기 교통제어기(22)내의 신호처리부(32)는 상호 소정의 이격거리(D)m를 두고 설치되어 있는 상기 전방루프코일(20)과 후방루프코일(21) 중 차량이 전방루프코일(20)을 먼저 통과하고 난뒤 일정시간후에 후방루프코일(21)을 통과하면서 생기는 시차를 검출하여 해당 차량(6)의 주행속도를 구하는 원리를 사용하고 있다.
이와같은 구성의 ILD 방식은 설치시 교통의 흐름을 차단시킨 상태에서 아스팔트를 절단하여 상기한 두 루프코일(20,21)을 노면의 하측부에 매설한 후 방수처리해야 하고, 또 상기와 같이 매설된 루프코일(20,21)을 교통제어기(22)에 설치된 루프앰프(23)와 접속하기 위해서는 상기 루프코일(20,21)로부터 교통제어기(22)로 이어지는 배선을 매설하기 위한 배관(31)의 설치해야만 하였다.
그러나, 이와같은 구성을 갖는 ILD 방식의 루프코일이 설치된 노면으로 중량이 큰 대형차등이 주행하다보면 노면에 변형을 가져와 루프코일이 파손되는 경우가 종종 발생될 뿐만 아니라, 많은 교통량에 의해서도 변형, 절단, 방수능력의 저하 및 누수등에 의해 고장을 발생시키는 횟수가 많아 사용도중 에러를 발생시키는 경우가 종종 발생되는 문제점을 안고 있다.
또한, 아스팔트 덧 씌우기 공사를 한 후에는 매설지점의 표시가 없어져 재매설시 매설지점을 선정할때 혼란스러울 뿐 아니라 고장시에는 종전에 매설되어 있는 루프코일을 노면에 설치한 채로 인접지점에다 재매설 공사를 해야 하므로 보수가 불가능하다는 문제점이 있어 경제적이지 못하다.
또, 차선도색의 설계변경시 매설된 루프코일의 재매설에 따른 공사비가 신설시와 동일하게 재소요될 뿐만 아니라, 감지코일을 매설할때 교통흐름을 차단시키므로서 발생되는 교통체증에 의한 시민의 불편 부담등 많은 문제점을 발생시키고 있다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 설치가 간단할 뿐만 아니라 도로의 변형에 의한 감지코일의 단락 및 개방으로 인한 고장등의 발생을 미연에 방지하여 고장율을 최소할 수 있는 교통제어용 차량속도 감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 고안은 설치공사시 설치현장의 사정, 즉 설치높이, 감지영역간의 거리를 현장에서 직접 설정하여 속도오차를 줄일 수 있고, 기존의 2루프코일방식을 채택하는 차량속도 측정체계에 대해 호환되는 출력인터페이스를 제공하여, 기존 장비를 재활용할 수 있음은 물론 그에 따른 경비를 대폭 절감시킬 수 있는 차량속도 감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 차량속도 감지장치의 개략도.
도 2는 본 고안 장치중 레이다 모듈부의 블럭 구성도.
도 3은 본 고안 장치 중 신호처리수단을 포함하는 신호 수신부의 상세 블럭 구성도.
도 4의 (a)-(c)는 본 고안 장치가 각종 도로상에 설치된 상태의 예시도
도 5는 본 고안 장치를 통해 차량속도를 감지하는 상태를 보인 예시도.
도 6의 (a)(b)는 본 고안 장체에서 사용하는 도플러 레이다의 감지 원리도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 마이크로파 신호발생기 2 : 안테나
3 : 레이다모듈 7 : 저역통과여파기
8 : 중간주파증폭기 9 : 슈미트 트리거부
10 : 카운터 11 : 속도표시기
12 : 감지거리 설정스위치 13:설치높이 설정스위치
14 : 디지탈입력인터페이스 15 : 디지탈출력인터페이스
16,17 : 릴레이 18 : 마이크로프로세서
19 : 신호처리수단
상기한 본 고안의 목적은, 마이크로파 신호발생기와, 신호발생기의 신호를 받아 송신파신호를 발사하여 목표물(자동차)에 반사되어 온 수신신호로서 도로상의 주행하는 차량의 속도를 측정하도록 송신파및 수신파를 각각 송수신하는 안테나를 갖는 레이다모듈과, 신호발생기에서 발생된 신호 및 수신된 신호를 혼합하여 생성된 중간주파신호를 처리하는 신호처리 수단으로 구성하므로써 달성할 수 있다.
따라서, 설치가 간단하고 고장율을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 장비를 재활용할 수 있어 그에 따른 경비를 대폭 절감시킬 수 있는 것이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 고안 장치중 레이다 모듈부의 블럭 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 고안 장치 중 신호처리수단을 포함하는 신호 수신부의 상세 블럭 구성도를 나타낸 것이다.
이에 따르면, 마이크로파의 신호를 발생시키는 신호발생기(1)와, 상기 신호발생기(1)의 출력신호를 입력받아 안테나(2)를 통해 도로상을 주행하는 차량(6)에 발사시켜 줌과 동시에 차량의 속도에 부응하여 반사되어 오는 마이크로파를 안테나(2)를 통해 수신하여 혼합기(5)측으로 전송하는 듀플렉서부(4) 및 상기 듀플렉서부(4)에서 출력되는 수신신호를 중간주파수(IF)에 싣어 신호처리수단(19)으로 전송하는 혼합기(5)로 구성된 레이다모듈(3)과;
상기 레이다모듈(3)로부터 수신된 중간주파(IF)를 포함한 수신신호에서 저역 주파수대만는 통과시키고 잡음을 포함한 고역주파수대는 통과를 억제시키는 저역통과여과기(7)와, 상기 저역통과 여과기(7)를 통해 나온 중간주파(IF)를 이른바 도플러주파수(Fd)로 증폭시키는 중간주파증폭기(8)와, 상기 중간주파증폭기(8)를 통해 증폭된 정현파의 중간주파수를 구형파로 변환시켜 주는 슈미트 트리거부(9)와; 상기 슈미트 트리거부(9)에서 입력되는 구형파신호를 계수하는 카운터부(10)를 구비하고 소정프로그램을 통해 각부를 제어하는 마이크로프로세서(18)로 구성되어 차량의 속도와 중간주파수(IF)가 비례하여 증가한다는 도플러 원리에 의거 차량의 속도를 판단 처리하는 신호처리수단(19)과;
상기 신호처리수단(19)내의 마이크로프로세서(18)에서 소정의 수식을 통해 계산된 차량의 속도를 숫자로 표시해 주는 속도표시기(11)로 이루진 교통제어용 차량속도 감지장치에 있어서,
상기 마이크로프로세서(18)에는 디지탈입력인터페이스(14)를 설치하고, 이 디지탈입력인터페이스(14)의 입력단에는 수개의 디지탈 스위치로 구성되어 도로를 주행하는 차량(6) 감지영역간의 거리 및 안테나(2)를 포함하는 레이다모듈(3)의 설치높이를 사용자가 임의로 설정하여 차량속도를 보정할 수 있는 감지거리 설정스위치(12)와 설치높이 설정스위치(13)를 부가 설치한 것을 기본적인 특징으로 한다.
또한, 본 고안은 상기 마이크로프로세서(18)에 디지탈출력인터페이스(15)를 설치하고, 이 디지탈출력인터페이스(15)의 출력단에는 기존의 교통신호기(22)내에 설치되어 있는 신호처리부(32)에 감지신호를 전달하기 위한 2개의 릴레이(16)(17)를 설치한 것을 부가적인 특징으로 한다.
이와같이 구성된 본 고안의 작용효과를 도 4의 (a)-(c) 내지 도 6의 (a)(b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 고안에 따른 교통제어용 차량속도 감지장치는 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 인도(인道)에 암(Arm)(25)이 도로의 중앙으로 향하도록 하는 'ㄱ'자 철주(24)를 설치하고, 차량이 진입해 오는 방향으로 지향하도록 암(25)에 안테나(2) 및 레이다 모듈(3)을 설치항 수도 있는데, 이 경우 차량(6)이 감지영역(30)을 통과하면, 도플러의 원리에 의해 레이다모듈(3)내의 중간주파수(IF)가 차량의 속도에 정비례하여 나오는 것을 계수하여 차량의 속도를 측정할 수 있다.
또, 도 4의 (b),(c)는 도 4의 (a) 형태에 대한 변형예를 보인 것으로 인도의 양측에 철주(24)를 설치하고 그 성단부를 가로지르도록 암(26)을 설치한 후 이 암의 일측부에 안테나(2)를 포함한 레이다모듈(3)을 설치하거나, 일측 인도상에 철주(24)를 설치하고 그 선단부에 안테나(2)를 포함한 레이다모듈(3)을 직접 설치할 수도 있다.
한편, 상기 레이다모듈(3)내의 마이크로파 신호발생기(1)로부터 발생된 마이크로파의 전력 대부분은 듀플렉서부(4)로 보내어져 안테나(2)를 통해 목표물인 차량(6)으로 발사되고, 극히 일부의 전력은 혼합기(5)에 공급된다.
이때, 송신파는 듀플렉서부(4)와 안테나(2)를 통해 감지영역을 향하여 발사되고, 이렇게 발사되어 차량(6)으로 부터 반사되어 오는 수신파는 안테나(2)와 듀플렉서부(4)를 거쳐 혼합기(5)에 공급되어, 잔여 송신파와 수신파가 서로 혼합되어 중간주파수(IF)인, 이른바 도플러주파수(Fd)가 발생된다.
이와같은 중간주파수(IF)의 세력은 혼합과정에서 발생된 레이다 자체의 고주파성분의 잡음을 포함하고 있는데, 이 잡음은 저주파 통과여파기(7)를 거치면서 제거되고 다시 중간주파증폭기(8)에 의해 충분히 증폭된다.
상기 중간주파증폭기(8)를 통해 증폭된 중간주파수는, 그 주파수를 읽기 위해 정현파를 구형파로 변환시키는 슈미트 트리거부(9)를 통해 구형파로 변환되며 이렇게 구형파로 변화된 주파수신호는 마이크로 프로세서(18)의 카운터부(10)에 의해 계수되고 그 결과를 하기하는 수학식1에 의거하는 소프트웨어에 의해 계산되어 그 결과는 속도표시기(11)에 표시된다.
이하, 도 6의 (a)(b)를 참조하여 레이다모듈(3)로부터 출력되는 송신파와 목표물인 차량(6)으로 부터 반사되어 온 수신파로 목표물의 이동속도를 구하는 원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도플러방식의 레이다에서는 마이크로파 에너지가 정지한 목표물에 반사되어 되돌아온 파에는 아무런 주파수변화가 없으며, 이동하는 목표물에 반사되어 되돌아온 파의 주파수는 변화한다.
이경우, 주파수가 변화하는 정도는 목표물의 이동속도와 정비례 관계를 가지며 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.
(수학식1)
도플러주파수(Fd)=2V (f0/c) cosØ
여기서, f0는 송신주파수(HZ)이고, C는 광속(3×108m/sec)이며, V는 목표물의 이동속도(m/sec)이고, Ø(28)는 레이다 빔(27)(Beam)과 목표물인 차량(6)의 이동축이 이루는 각이다.
여기서 각도 Ø가 900인 경우, 즉 목표물인 차량(6)이 레이다 빔(27)에 대해 수직방향으로 이동할때는 cos900=0이 되어 수학식 1에 의해 Fd = 0(HZ)가 되어 속도 측정이 불가하며, 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이 각도 Ø가 00인 경우, 즉 목표물인 차량(6)이 레이다 빔(27)에 대해 평행되는 방향으로 이동할때는 cos00=1이 되어 수학식 1에 의해 Fd는 최대치가 되어 최대의 도플러주파수가 얻어진다.
예를들어, 송신주파수 f0가 24 기가 헤르츠(GHZ)를 사용하여 이동속도가 시속 100Km로 레이다를 향해 정면으로 이동하는 목표물의 도플러 주파수를 수학식1에 대비하여 풀어보면
Fd = 2V (f0/c) cosØ = (2×27.77(m/sec)×24×109(HZ))/3×108(m/sec)
≒ 4.444HZ가 된다.
V = 100Km/hr = 100,000/3600(m/sec)≒27.77m/sec
f0= 24×109(HZ)
Ø = 00, cos(0)0= 1
실제로 차량의 속도를 측정하기 위해 레이다를 설치할 경우, 'ㄱ'자 철주, 아-치 또는 측주 형식의 철구조물을 이용하게 된다.
한편, 도 5는 레이다가 설치된 예를 보여주는 것으로, 여기서 레이다모듈(3)은 높이가 (A)m인 철주(24) 구조물에 설치되어 레이다 빔(27)이 차량(6)과 감지영역(30)을 향하게 설치되어 있다.
감지영역(30)은 철주(24)의 기저부로 부터 (B)m 떨어져 있고, 안테나(2)와 차량(6)간의 거리는 (C)m이다.
여기서 레이다 빔(27)과 차량(6)의 진행방향이 이루는 각 Ø(28)을 구하기 위한 삼각함수 원리는
(수학식2) C =이 되며
C와 A가 이루는 각Ø(28)는
(수학식 3) Ø = COS(A/C)-1가 된다.
여기서 Ø(28)은 속도 측정치에 큰 영향을 주기 때문에 중요하다.
다시, 도 3을 참조하여 상기한 Ø(28)에 관련된 설명을 한다.
본 고안의 신호처리수단(19)내에 설치되어 있는 마이크로프로세서(18)에 디지탈입력인터페이스(14)를 설치하여 이 입력인터페이스(14)에 각각 디지탈 스위치로 구성되는 감지거리 설정스위치(12)와 설치높이 설정스위치(13)를 연결하여, 감지거리 설정스위치(12)로는 감지거리(도 5의 (B))를 설정하고, 설치높이 설정스위치(13)로는 철구조물의 높이(도 5의 (A))를 설정하여 마이크로프로세서(18)로 하여금 소프트웨어를 통해 수학식 2와 수학식 3을 각각 실행하여 차량의 속도를 자동으로 보정하여 속도표시기(11)로 표시토록 한다.
또한, 상기 신호처리수단(19)내의 마이크로 프로세서(18) 출력단에는 디지탈 출력인터페이스(15)를 설치하여 그 출력에 의해 2개의 릴레이(16)(17)가 구동될 수 있도록 하므로써, 기존 2루프코일 방식의 속도측정체계(교통단속용 무인장비 및 고속도로 FTMS 체계의 VDS)와 연결시 루프코일 출력과 동일하게 사용 할수 있는 호환성을 갖게 할 수 있다.
상기한 두 릴레이(16)(17)를 통해 출력되는 논리의 설명을 도 1과 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 차량(6)의 전방루프코일(20)과 후방루프코일(21)의 이격거리(D)를 소정속도 V로 통과하고 나면, 교통제어기(22)내에 설치된 루프앰프(23)의 출력이 신호처리부(32)에 입력되는 것과 동일한 신호를 도 3의 신호처리수단(19)에 설치된 마이크로프로세서(18)가 디지탈출력인터페이스(15)를 통해 두 릴레이(16)(17)를 소정시차를 가지게 각각 제어하게 된다.
이때, 상기 두 릴레이(16)(17)가 동작하는 시차를 차량의 속도와 상관지어 표시하면,
(수학식 4) 속도=거리/시간 에서
거리 : 루프코일간의 거리 (D)가 되면
시간 : 두 릴레이(16)(17)가 각각 동작하는 시차가 된다.
상기 두 릴레이(16)(17)에 의한 출력은 기존에 설치된 교통단속용 무인장비와 고속도로 FTMS체계의 VDS에 연결할때, 소프트웨어의 변경없이 사용할수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 첫째 교통제어용 차량속도 감지장치를 설치시 아스팔트를 절단하여 코일을 매설시키지 않고도 설치할 수 있어 설치작업을 매우 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 폭설, 폭우, 고온, 저온 등의 악천후에 대한 내성이 타 감지장치에 비해 월등히 뛰어난 특징이 있다.
둘째, 종래와 같은 매설형이 아니기 때문에 대형차의 중량이나 과다한 통행량에 의해 발생하는 노면 손상에 의해 차량의 속도 감지동작에는 전혀 영향을 주지 않으며, 차선 도색 위치의 변경시 철주의 좌우로 레이다모듈을 이동시킬수 있으므로 이설 공사가 매우 간단하다.
셋째, 설치공사시에도 차량의 통행을 차단시킬 필요가 없어 차량의 통행에 영향을 주지 않아 주간에도 설치를 할 수 있어 설치공사비용을 절감할 수 있으며 타 감지장치에 비해 유지보수비도 매우 적게 드는 효과가 있다.
넷째, 레이다의 빔과 목표물이 이동하는 축이 이루는 각 Ø는 레이다가 설치되는 철주의 높이로 인해 0도가 되지 못하기 때문에 COSØ는 반드시 1보다 적어지며 이 문제를 설치현장의 사정에 맞도록 디지탈스위치로, 레이다모듈의 설치높이와 감지영역거리를 설정하므로서 속도 오차를 완벽하게 보정할 수 있다.
다섯째, 기존의 교통단속용 무인장비와 고속도로 교통관리시스템(FTMS)의 차량감지체계(VDS)에서 사용중인 2루프코일방식의 차량감지를 본 고안 장치로 대체시 소프트웨어를 변경없이 사용할수 있어서 소프트웨어 개발비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 마이크로파의 신호를 발생시키는 신호발생기(1)와, 상기 신호발생기(1)의 출력신호를 입력받아 안테나(2)를 통해 도로상을 주행하는 차량(6)에 발사시켜 줌과 동시에 차량의 속도에 부응하여 반사되어 오는 마이크로파를 안테나(2)를 통해 수신하여 혼합기(5)측으로 전송하는 듀플렉서부(4) 및 상기 듀플렉서부(4)에서 출력되는 수신신호를 중간주파수(IF)에 싣어 신호처리수단(19)으로 전송하는 혼합기(5)로 구성된 레이다모듈(3)과;
    상기 레이다모듈(3)로부터 수신된 중간주파(IF)를 포함한 수신신호에서 저역 주파수대만는 통과시키고 잡음을 포함한 고역주파수대는 통과를 억제시키는 저역통과여과기(7)와, 상기 저역통과 여과기(7)를 통해 나온 중간주파(IF)를 이른바 도플러주파수(Fd)로 증폭시키는 중간주파증폭기(8)와, 상기 중간주파증폭기(8)를 통해 증폭된 정현파의 중간주파수를 구형파로 변환시켜 주는 슈미트 트리거부(9)와; 상기 슈미트 트리거부(9)에서 입력되는 구형파신호를 계수하는 카운터부(10)를 구비하고 소정프로그램을 통해 각부를 제어하는 마이크로프로세서(18)로 구성되어 차량의 속도와 중간주파수(IF)가 비례하여 증가한다는 도플러 원리에 의거 차량의 속도를 판단 처리하는 신호처리수단(19)과;
    상기 신호처리수단(19)내의 마이크로프로세서(18)에서 소정의 수식을 통해 계산된 차량의 속도를 숫자로 표시해 주는 속도표시기(11)로 이루진 교통제어용 차량속도 감지장치에 있어서,
    상기 마이크로프로세서(18)에는 디지탈입력인터페이스(14)를 설치하고, 이 디지탈입력인터페이스(14)의 입력단에는 수개의 디지탈 스위치로 구성되어 도로를 주행하는 차량(6) 감지영역간의 거리 및 안테나(2)를 포함하는 레이다모듈(3)의 설치높이를 사용자가 임의로 설정하여 차량속도를 보정할 수 있는 감지거리 설정스위치(12)와 설치높이 설정스위치(13)를 부가 설치한 것을 특징으로 하는 교통제어용 차량속도 감지장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로프로세서(18)에 디지탈출력인터페이스(15)를 설치하고, 이 디지탈출력인터페이스(15)의 출력단에는 기존의 교통신호기(22)내에 설치되어 있는 신호처리부(32)에 감지신호를 전달하여 기존의 2루프코일방식 속도감지장치와 호환되게 사용할 수 있도록 하는 2개의 릴레이(16)(17)를 부가 설치한 것을 특징으로 하는 교통제어용 차량속도 감지장치.
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