KR20040086678A - 교통정보의 생성기능을 구비한 차량단말장치 및 교통정보생성방법 - Google Patents
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Abstract
교통정보의 생성기능을 구비한 차량단말장치 및 교통정보 생성방법이 개시된다. GPS수신부는 GPS위성으로부터 GPS데이터를 수신하여 차량이 위치하고 있는 지점의 경위도 좌표를 출력한다. 타코메타는 차량의 주행속도, 가속 및 감속정보를 감지하여 속도정보를 출력한다. 도어센서는 차량 도어의 개폐를 감지하여 개폐감지신호를 출력한다. 이벤트처리부는 교차로지체시간정보, 정류장서비스시간정보, 도어개폐정보, 도착정류장정보, 및 정류장간 도착시간정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 비주기정보를 센터시스템으로 전송하고, 비주기정보를 기초로 차량지체정보, 노드인식정보를 생성한다. 데이터처리부는 차량의 위치정보, 차량의 속도정보, 및 차량의 상태정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 주기정보를 센터시스템으로 전송하고, 주기정보를 기초로 정류장도착예정시간을 생성한다. 본 발명에 따르면, 타코메타 및 도어센서에 의해 차량의 상태정보 및 주행상황정보를 실시간으로 생성하고 생성된 정보에 의해 교차로지체정보, 정류장지체정보 등과 같은 이차적인 가공정보를 차량단말장치에서 생성할 수 있다.
Description
본 발명은 교통정보의 생성기능을 구비한 차량단말장치 및 교통정보 생성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차량의 위치, 차량의 주행상태 등과 관련된 정보를 생성할 수 있는 차량용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재 도로의 교통상황에 대한 정보가 다양한 경로를 통해 제공되고 있다. 이러한 교통정보를 산출하기 위한 기초데이터는 일반적으로 도로에 매설되어 있는 속도측정장치에서 측정되거나 도로에 설치되어 있는 비콘에 의해 수집된다. 그러나, 도로에 매설되어 있거나 도로에 설치된 속도측정장치에 의해 파악된 교통정보는 이산데이터이므로 구간 전체에 대해 정확한 도로상황을 반영하지 못하는 동시에 속도측정장치의 구축 및 유지비용이 막대하게 소요되는 문제점이 있다.
한편, 차량에 장착된 GPS모듈에 의해 파악된 차량위치정보에 의해 일정구간을 주행하는 차량들로부터 주행정보를 수집하고 이로부터 각종의 교통정보를 산출하는 방법이 부각되고 있다. 이 때, 센터시스템은 개별적인 차량들로부터 수신된 정보를 기초로 일정한 구간에 대한 주행시간과 같은 교통정보를 산출한다. 그러나, 현재 차량에 장착되어 있는 주행정보 수집장치는 도로변에 설치된 비콘과 같은 중계기를 통해 센터시스템으로 정보를 전송하고 있어 실시간으로 수집된 정보를 전송하고 있지 못하다. 또한, 기존의 차량단말장치는 GPS데이터에 의해 파악된 현재위치를 기준으로 교차로, 정류장 등과 같은 노드의 위치를 인식하고 있으나, GPS데이터가 가지는 오차로 인해 정확한 위치의 파악이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노드 및 링크를 정확하게 인식할 수 있고, 인식된 노드 및 링크정보와 타코메타 및 GPS데이터로부터 파악된 차량위치에 의해 정류장도착예정시간의 산출과 같이 능동적인 데이터의 생성이 가능한 차량단말장치 및 그 장치에서의 데이터 생성방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 교통정보 처리장치와 차량단말장치를 도시한 도면,
도 2는 차량단말장치(200)의 상세한 구성을 도시한 블록도,
도 3은 교차로에서의 차량위치에 따른 차량의 속도변화를 도시한 도면,
도 4는 정류장근처에서의 차량위치에 따른 차량의 속도변화를 도시한 도면,
도 5는 차량단말장치(200)로부터 교통정보를 수신하고 가공된 교통정보를 차량단말장치(200)로 제공하는 센터시스템의 구성을 도시한 블록도,
도 6은 교통정보 처리부(510)의 상세한 구성을 도시한 블록도,
도 7a 및 도 7b는 교통정보 처리부(510)에서 교통정보를 처리하는 과정을 도시한 흐름도,
도 8은 링크상에 위치한 차량의 잔여거리를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 9a 및 도 9b은 각각 기본링크에 대한 진입시점기준 및 진출시점기준에 의해 구간을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10a 및 도 10b는 각각 확장링크에 대한 진입시점기준 및 진출시점기준에의해 구간을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 11 및 도 12는 각각 GPS데이터의 오차에 따른 노선상에 차량이 위치하는 범위 및 GPS데이터의 오차확대에 따른 노선이탈 범위를 도시한 도면이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 차량단말장치는, GPS위성으로부터 GPS데이터를 수신하여 차량이 위치하고 있는 지점의 경위도 좌표를 출력하는 GPS수신부; 차량의 주행속도, 가속 및 감속정보를 감지하여 속도정보를 출력하는 타코메타; 차량 도어의 개폐를 감지하여 개폐감지신호를 출력하는 도어센서; 교차로지체시간정보, 정류장서비스시간정보, 도어개폐정보, 도착정류장정보, 및 정류장간 도착시간정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 비주기정보를 센터시스템으로 전송하고, 상기 비주기정보를 기초로 차량지체정보, 노드인식정보를 생성하는 이벤트처리부; 및 차량의 위치정보, 차량의 속도정보, 및 차량의 상태정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 주기정보를 상기 센터시스템으로 전송하고, 상기 주기정보를 기초로 정류장도착예정시간을 생성하는 데이터처리부;를 구비한다.
이에 의해, 타코메타 및 도어센서에 의해 차량의 상태정보 및 주행상황정보를 실시간으로 생성하고 생성된 정보에 의해 교차로지체정보, 정류장지체정보 등과 같은 이차적인 가공정보를 차량단말장치에서 생성할 수 있다.
도 1은 교통정보 처리장치와 차량단말장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 교통정보 처리장치(100)는 차량단말장치(200)로부터 교통정보를 수신한다. 교통정보 처리장치(100)는 센터에 설치된다. 차량단말장치(200)는 버스에 장착되어 교통정보의 수집 및 전송, 센터로부터 가공된 교통정보의 수신 및 출력 등의 기능을 수행한다. 교통정보 처리장치(100)와 차량단말장치(200)는 전용 패킷망 무선데이터 통신을 통해 교통정보를 송수신한다. 전용 패킷망 무선데이터 통신에서, 무선데이터 통신의 전송속도는 9600bps이며, 업로드링크(단말기로부터 센터로의 데이터전송경로)가 898~900MHz, 다운로드링크(센터로부터 단말기로의 데이터전송경로)는 938~940MHz의 주파수대역을 사용한다. 이와 달리, 교통정보 처리장치(100)는 400MHz 대역의 주파수를 사용하는 근거리 무선통신에 의해 차량단말장치(200)와 교통정보를 송수신할 수 있다. 이 때, 교통정보 처리장치(100)와 차량단말장치(200)는 정류장단말기(미도시) 또는 비콘신호제어기(미도시)와 같은 중계수단을 통해 정보를 송수신한다. 나아가, 근거리 무선통신을 적용하는 경우에 교통정보 처리장치(100)와 차량단말장치(200)는 근거리 무선통신이 불가능한 경우에 백업통신수단으로 기능하는 CDMA모듈을 구비한다.
도 2에는 차량단말장치(200)의 상세한 구성이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 차량단말장치(200)는 통신부(205), GPS부(210),타코메타(215), 도어센서(220), 사용자인터페이스부(225), 버스정보표시부(230), 교통정보출력부(235), 저장부(240), 통신처리부(245), 이벤트처리부(250), 및 데이터처리부(255)를 구비한다. 각각의 구성요소는 자체진단기능을 구비하고 있어, 오류발생시 오류발생신호를 출력한다.
통신부(205)는 교통정보 처리장치(100)와 데이터를 송수신하기 위한 수단을 제공한다. 통신부(205)는 800~900MHz대역의 주파수를 사용하는 무선 패킷 통신망을 통해 교통정보 처리장치(100)와 데이터를 송수신한다. 통신부(205)는 일정한 주기(예를 들면, 20초)로 송신버퍼(미도시)에 입력된 교통정보를 교통정보 처리장치(100)로 전송한다. 이 때, 교통정보 처리장치(100)로 전송되는 교통정보는 차량단말장치(200)에 의해 수집되거나 생성된 정보이다. 또한, 통신부(205)는 일정한 주기(예를 들면, 2분)로 교통정보 생선장치(100)로부터 교통정보를 수신한다.
한편, 통신부(205)는 근거리 무선통신을 사용하여 정류장단말기 또는 비콘신호제어기와 같은 중계수단을 통해 센터와 교통정보를 송수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(205)는 RF통신모듈(미도시) 및 CDMA모듈(미도시)을 구비한다. RF통신모듈은 정류장단말기 또는 신호제어기와 교통정보를 송수신한다. RF 모듈은 224MHz(또는 424MHz) 내지 5.8GHz DSRC(Dedicated Short Range Communication : 전용 근거리 통신) 대역에서 적용되는 교통부문의 무선통신 주파수 범위가 모두 포함된다. CMDA통신모듈은 RF통신모듈에 의한 통신불능과 같은 돌발상황시에 교통정보 처리장치와 통신하기 위한 백업용 통신모듈이다. CDMA통신모듈은 센터로부터 가공된 교통정보를 수신하여 저장하고, 차량단말장치(200)에서 생성하여 버퍼로 입력된 교통정보를 센터로 전송한다.
GPS부(210)는 GPS위성으로부터 일정한 주기로 위치좌표를 수신한다. GPS부(210)는 차량의 위치좌표가 갱신되면 갱신상태를 외부로 출력한다. GPS부(210)에 의해 수신된 위치좌표는 통신처리부(240)를 통해 데이터처리부(250)로 전달되며, 데이터처리부(250)는 GPS데이터에 의해 차량의 현재위치를 파악한다.
타코메타(215)는 차량의 현재속도를 측정한다. 도어센서(220)는 도어의 개폐를 감지한다. 사용자인터페이스부(225)는 운전자로부터 교통정보의 출력명령, 기능선택명령, 등과 같은 사용자명령을 입력받고 입력받은 명령에 따른 동작상황을 출력하는 수단이다. 차량정보표시부(230)는 차량의 상태정보를 출력하는 수단이다. 교통정보출력부(235)는 교통정보 처리장치(100)로부터 수신된 교통정보 또는 차량단말장치(200)에서 수집/생성된 교통정보를 시각적 또는 청각적 신호에 의해 출력하는 수단이다. 저장부(240)에는 차량정보, 노선정보, 차량단말장치(200)에서 수집된 교통정보, 및 센터로부터 수신된 교통정보가 저장된다. 노선정보는 차량의 운행경로에 존재하는 정류장에 대한 정류장번호 및 정류장간을 연결하는 링크에 대한 링크번호 등의 정보를 포함한다.
통신처리부(245)는 차량단말장치(200)의 각 구성요소들간의 데이터교환을 담당한다. 이벤트처리부(250)는 차량단말장치(200)에서 수집된 데이터 중에서 비주기적으로 수집되는 정보를 처리한다. 비주기적인 정보에는 차량단말장치(200)의 각 구성요소의 상태정보, 교차로지체시간정보, 정류장서비스시간정보, 도착정류장정보, 정류장간 도착시간정보, 상황정보 등이 있다. 이중에서 상황정보는 차량의 내외부에서 발생하는 돌발상황정보, 탑승인원 등과 같은 정보이다. 이벤트처리부(250)는 비주기적으로 수집된 정보를 통신처리부(245)를 통해 실시간으로 교통정보 처리장치(100)로 전송한다. 데이터처리부(255)는 차량단말장치(200)에서 수집된 데이터 중에서 주기적으로 수집되는 정보를 처리한다. 주기적인 정보에는 차량의 위치정보, 차량의 속도정보, 차량의 상태정보, 차량식별정보, 정보수집시간정보 등이 있다. 데이터처리부(255)는 주기적으로 수집된 정보를 통신처리부(245)를 통해 주기적으로 교통정보 처리장치(100)로 전송한다.
표 1에는 차량단말장치(200)로부터 교통정보 처리장치(100)로 주기적으로 전송되는 데이터의 일 예가 기재되어 있다.
| 내역 | 내용 |
| 일자시간 | 자료송신 시점 |
| 차량번호 | 차량단말기 고유번호 |
| 노선번호 | 부여된 노선번호 |
| 현재 위치한 링크번호 | 차량이 위치하고 있는 지점의 링크번호 |
| 상태정보 | 차량상태, 장치의 구성요소 상태 |
| 차량위치 | 송신시점의 차량의 경위도좌표 |
| 링크수 | 송신될 구간(링크)의 수 |
| 링크번호 | 링크번호 |
| 구간여행시간 | 링크별 여행시간 |
| : | : |
| 링크번호 | 링크번호 |
| 구간여행시간 | 링크별 여행시간 |
한편, 데이터처리부(255)의 주요한 기능은 차량이 위치하는 링크의 판별, 구간별차량평균속도, 정류장지체시간, 교차로지체시간, 및 정류장도착예정시간의 산출기능이다.
이하에서는, 데이터처리부(255)에서 수행되는 교통정보의 처리방법에 대해 설명한다.
데이터처리부(255)는 GPS부(210)로부터 입력된 차량의 현재위치를 기초로 저장부(240)에 저장되어 있는 노선정보를 검색하여 현재 차량이 위치하는 링크를 판별한다. 노선정보는 노선 식별번호, 노선에 존재하는 정류장의 경위도좌표, 정류장 식별번호, 링크(연속하는 두개의 정류장 구간) 식별번호, 링크거리, 정류장 사이에 존재하는 교차로정보, 정류장별 운행시간 등을 포함한다.
구간별차량평균속도는 차량이 통과한 정류장을 연결하는 각각의 링크에 대해 각각의 링크의 시점에서 종점까지의 주행속도를 의미한다. 데이터처리부(255)는 GPS부(210)로부터 입력된 차량의 현재위치에 의해 저장부(240)에 저장되어 있는 노선정보로부터 주행을 완료한 링크의 식별번호 및 링크거리를 독출한다. 이 때, 링크의 시점 및 종점은 정류장의 위치를 기준으로 파악된다. 이와 달리, 링크의 시점 및 종점은 차량도어의 개폐를 기준으로 파악할 수도 있다. 즉, 차량도어의 폐쇄시점을 링크의 시점으로 설정하고 차량도어의 개방시점을 링크의 종점으로 설정한다. 이 경우, 데이터처리부(255)는 도어센서(230)로부터 입력된 개방신호가 입력되면 GPS부(210)로부터 입력된 차량의 현재위치를 기준으로 노선정보로부터 주행을 완료한 링크의 식별번호 및 링크거리를 파악한다. 데이터처리부(255)는 링크의 시점 및 종점의 인식시간에 의해 링크주행시간을 산출하고 산출된 링크주행시간과 링크거리에 의해 해당 링크에 대한 차량평균속도를 산출한다. 한편, 구간별차량평균속도는 타코메타(215)로부터 입력된 차량속도를 평균하여 얻어질 수도 있다. 이 경우 데이터처리부(255)는 상술한 방법에 의해 링크의 시점 및 종점을 인식하여 해당 시간동안 차량이 링크를 주행할 때 타코메타(215)로부터 입력된 차량속도를 평균한다.
또한, 데이터처리부(255)는 차량이 교차로에서 지체하는 시간인 교차로지체시간을 산출한다. 먼저, 데이터처리부(255)는 GPS부(210)로부터 입력된 차량의 위치정보를 기초로 노선정보로부터 교차로진입 및 진출을 인식한다. 교차로에서의 지체는 감속지체, 정지지체, 및 가속지체로 구분되며, 이들 각각의 3가지 유형의 정보를 합산한 값이 교차로지체시간으로 정의된다. 따라서, 정확한 지체시간을 산출하기 위해서는 차량이 접근하고 있는 교차로에서의 현시정보가 필요하다. 현시정보는 4현시 또는 8현시로 정의되며, 8현시를 사용하는 것이 바람직하다. 고유의 시작현시를 중심으로 각각의 현시정보에는 일련번호로 작성된 ID가 부여되며, 현시 ID별로 현시길이가 설정되어 있다. 현시길이는 신호주기길이(초단위)를 기준으로 백분율로 정의된다. 직진방향의 현시정보의 ID가 2번으로 부여되어 있을 때, 2번 현시정보에 대하여 약 50%의 현시율(Phase Split)이 적용되고, 신호주기길이가 200초라 정의하면, 현시길이는 200초의 50%인 100초가 된다. 이러한 현시는 적색, 녹색, 및 황색으로 정의된다.
도 3은 교차로에서의 차량위치에 따른 차량의 속도변화를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 교차로에 접근함에 따라 B지점에서 접근로 대기길이 합류에 의한 감속이 이루어지고, 교차로에서 일시적으로 정차한 후 가속하여 C지점에서 교차로를 벗어나게 된다. 데이터처리부(255)는 GPS부(210)로부터 입력된 차량의 위치정보와 통신부205)로부터 수신된 교차로 현시정보에 의해 교차로지체시간을 산출하며, 나아가, 교차로에서의 대기길이를 출력한다.
데이터처리부(255)는 차량의 위치정보와 현시정보를 기초로 수학식 1에 의해정지 및 가속지체시간을 산출하며, 감속지체시간은 해당 링크에 대해 계산된 평균주행속도이하를 임계속도로 하여 산출한다.
여기서, DPsa는 교차로정지시 예상지체시간, Pt는 현재 현시시점으로부터 통과현시 ID, Tp,i는 교차로 i에서의 현시길이, Il은 교차로 i의 정지선 위치, Cp는 현재의 차량위치, Phase는 통행권 해당 현시길이, 그리고, Volume은 통행권 해당 현시길이이다.
다음으로, 데이터처리부(255)는 차량의 위치정보, 노선정보, 및 교차로지체정보를 기초로 다음 정류장 또는 주요 경유지에 대한 도착예정시간을 산출한다. 주요 경유지에 대한 도착예정시간 산출방법은 다음 정류장에 대한 도착예정시간 산출방법과 유사하므로 이하에서는 다음 정류장에 대한 도착예정시간 산출에 대해서만 설명한다. 도착예정시간은 GPS데이터에 의해 산출되거나 차량의 동적배차에 의해 산출된다.
GPS데이터에 의해 산출된 도착예정시간의 정확도는 입력자료의 신뢰도에 영향을 받으며, 특히, GPS데이터가 고정된 주기성을 가지고 있지 않고 GPS데이터가 수신되지 않는 시간동안에는 차량의 이동거리를 보간을 통해 추정하여야 한다는 점에 영향을 받는다. 또한, GPS데이터는 자체적인 오차(약 10m)를 갖는다.
데이터처리부(255)는 다음식에 의해 차량의 위치를 산출한다.
여기서, tk(j/i)는 정류장 i에서 j까지의 도착예정시간, tk(i)는 정류장 i에서의 버스(k)의 현재시간, τ(i,j)는 정류장 i에서 j까지의 추정된 여행시간이다.
또한, τ(i,j)는 다음과 같이 정의된다.
여기서, dij는 예정된 정류장 i에서 j까지의 거리, dmn은 노선 중요정류장 n에서부터 주요 정류장 n까지의 거리, td(n), td(m)은 정류장 m,n에서의 운행계획에 따른 각 정류장 도착예정시간이다.
또한, 정류장 j지점에 복수개의 도착버스가 있는 경우의 여행시간 대표값은 다음과 같이 정의된다.
이상의 방법에 의해 산출된 도착예정시간은 GPS데이터만을 사용하므로 계산이 간단하다는 장점이 있으나, 각 정류장간 운행계획을 사용하므로 노선상에서의 실제 교통흐름 및 정류장에서의 승객승하차를 위한 소요시간을 반영하지 못한다는 점에서 문제가 있다. 따라서, 이를 보완하기 위해 운전자가 지체유발을 인지하고정류장 도착을 정시에 맞출 수 있도록 속도를 조정하려는 경향을 갖는다는 특성에 기반하여 인접 정류장간 지체시간을 고려하여 도착예정시간을 산출하는 방법을 채용할 수도 있다. 이 경우, 데이터처리부(255)는 다음의 수학식에 의해 도착예정시간을 산출한다.
여기서, λ는 0 또는 1이고이며, td(i)-tk(i)는 현재 위치에서의 지체이고, d는 차량의 총 통행거리이다.
는 예정된 도착시간과 실제 차량도착시간 사이의 지체시간에 대한 증분비율로서, λ만큼의 가중치를 고려한 값이다. 만약, 차량이 예정된 정류장 도착시간보다 빨리 도착했다면는 음의 값이 되어 예정된 정류장 도착시간에서에 해당하는 값을 감소시켜야 한다.
또한, 노선에 설정된 체크지점을 고려하여 도착예정시간을 산출할 수 있다.
다음의 수학식은 인접 정류장간 지체시간에 노선에 설정된 체크지점을 고려하는 경우 도착예정시간을 산출하기 위한 식이다.
여기서, τ(m,n)=td(n)-td(m)-w(n)은 링크 m,n의 체크시점간 여행시간이고, w(n)은 링크 m에서의 대기시간이다.
도 4는 정류장근처에서의 차량위치에 따른 차량의 속도변화를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 정류장에 접근함에 따라 정류장으로부터 일정지점 떨어진 a지점에서 감속이 이루어지면 데이터처리부(255)는 정류장지체시간의 산출동작을 개시한다. 차량이 정류장에 정차하여 속도가 0이 되면 도어가 개방된다. 다음으로, 승객의 승하차가 완료되어 도어가 폐쇄되면, 차량이 출발하여 정류장으로부터 일정지점 떨어진 b지점에 차량이 도착하게 되고 데이터처리부(255)는 정류장지체시간을 산출한다. 데이터처리부(255)는 GPS부(210)로부터 입력된 차량의 위치정보에 의해 정류장지체 감시구간의 시점과 종점을 인지하며, GPS부(210)로부터 입력된 위치정보 또는 타코메타(215)로부터 입력된 속도정보에 의해 차량의 이동속도를 실시간으로 파악한다. 데이터처리부(255)는 다음의 수학식에 의해 정류장지체시간을 산출한다.
여기서, Ds는 정류장 s에서의 서비스 소요시간(sec), Dt,s는 정류장 s에서의 개문시점에서 폐문시점까지의 정지지체시간(sec), Vt는 차량이 a-b구간에 존재하는동안의 차량 계측속도(km/h),는 차량이 a-b구간에 존재하는 시간, 그리고, c와 d는 각각 a지점과 b지점에서 계측된 차량속도이다.
그러나 위의 식은 연속방정식으로 이산적으로 계측되는 속도에 의하여 각각의 단위 시간당 속도의 변화를 적분하여야 한다는 점에서 구현이 용이하지 않은 문제점이 있다. 따라서, 위의 식을 다음과 같이 변형하면 시스템 구현이 용이하다.
여기서, Ds는 정류장 s에서의 서비스 소요시간(sec),는 차량이 a-b구간에 존재하는 시간,는 a지점 및 b지점에서 계측된 차량속도의 평균값(km/h),는 차량이 a지점에 도달한 시점으로부터 개문한 시점까지의 시간(sec), 그리고,는 차량이 폐문하여 이동을 개시한 시점으로부터 b지점에 도달하는 시점까지의 시간(sec)이다.
표 2 및 표 3에는 차량단말장치(200)에서 발생되거나 저장되는 데이터 및 차량단말장치(200)로부터 전송되는 데이터가 기재되어 있다.
| 발생위치 | 데이터 |
| GPS부 | 경위도 좌표, 장치상태정보 |
| 타코메타 | 속도정보, 가감속정보, 장치상태정보 |
| 도어센서 | 도어의 개폐정보, 장치상태정보 |
| 사용자인터페이스부 | 사용자의 입력값, 장치상태정보 |
| 저장부 | 노선정보 |
| 통신부 | 장치상태정보 |
| 버스정보표시부 | 장치상태정보 |
| 교통정보출력부 | 장치상태정보 |
| 데이터 | 내용 |
| 시간정보 | 정보송신시간 |
| 차량번호 | 차량단말기 고유번호 |
| 노선번호 | 주행중인 노선번호 |
| 차량이 위치한 링크번호 | 현재 주행중인 링크번호 |
| 상태정보 | 차량상태, 모듈상태 |
| 차량위치 | 정보송신시점의 차량위치 |
| 링크수 | 송신도리 구간(링크)의 수 |
| 링크번호 | 링크번호 |
| 구간여행시간 | 링크별 여행시간 |
| : | : |
| 링크번호 | 링크번호 |
| 구간여행시간 | 링크별 여행시간 |
한편, 데이터처리부(255)는 타코메타(215)로부터 입력되는 가감속정보에 의해 차량의 급가속 또는 급감속의 발생여부를 파악하고, 급가속 또는 급감속의 발생시 발생시점을 포함한 가감속정보를 수집하여 센터로 전송한다. 또한, 데이터처리부(255)는 차량의 운행에 따라 GPS부(210)로부터 입력되는 위치정보에 의해 차량의 위치정보를 갱신하고, 저장부(240)에 저장되어 있는 노선정보로부터 차량이 현재 위치하고 있는 지점에 대한 링크정보, 노선의 전방에 존재하는 정류장정보를 독출하며, 교차로 통과시점을 파악한다. 데이터처리부(255)에서 파악되거나 산출된 정보는 통신부(205)를 통해 센터로 전송된다.
도 5는 차량단말장치(200)로부터 교통정보를 수신하고 가공된 교통정보를 차량단말장치(200)로 제공하는 센터시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 센터시스템(500)은 각 정류장별 차량의 도착예상시간을 산출하고, 차량이 진행중인 도로에 대한 교통상황에 대한 정보를 제공하며, 차량의 위치추적과 같은 차량의 운행 관련 정보를 제공하는 운행정보관리시스템이다. 센터시스템(500)은 차량단말기(200)로부터 수신된 실시간 교통정보뿐만 아니라, 비콘신호제어기(미도시)로부터 수신된 교통정보(예를 들면, A-B 구간의 여행 시간, 교차로 지체 정보 등)를 기초로 운행관련정보를 처리하고 관리한다.
도 5를 참조하면, 센터시스템(500)은 교통정보 처리부(510), 교차로지체정보산출부(520), 정류장지체정보산출부(530), 구간여행시간산출부(540), 도착예정시간산출부(550), 차량관리부(560), 노선이탈판별부(570), 및 통신부(580)를 구비한다.
교통정보 처리부(510)는 운행중인 차량에 장착된 차량단말장치(200)로부터 수신된 자료를 기초로 실시간 교통정보를 처리한다. 도 6에는 교통정보 처리부(510)의 상세한 구성이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 교통정보 처리부(510)는 정보처리부(610), 오류확인부(620), 및 저장부(630)를 구비한다.
정보처리부(610)는 통신부(580)를 통해 차량단말장치(200)로부터 수신된 정보를 처리하여 다른 구성요소에서 필요한 교통정보를 생성한다. 생성된 교통정보 중에서 일부는 차량단말장치(200)로 전송된다. 차량단말장치(200)로부터 수신되는 정보는 정보의 발생시마다 수신되는 비주기정보와 일정한 주기에 의해 수신되는 주기정보를 포함한다. 비주기정보는 상황정보, 교차로지체시간, 정류장서비스시간, 도착정류장, 정류장간 도착시간, 차량장치상태 등이 있으며, 주기정보는 차량의 위치, 차량의 속도, 차량의 상태, 자료발생 차량정보, 자료수집일시 등이 있다. 여기서, 차량의 위치는 GPS로부터 수신된 차량의 좌표이고, 차량의 속도는 차량에 구비된 운행기록기 또는 GPS데이터에 의해 차량단말장치(200)에서 산출한 속도이다. 또한, 현장장치 상태는 차량단말장치(200)의 이상여부를 나타내는 정보이며, 상황정보는 주행중 발생하는 돌발상황 및 기타 차량내 및 외부 정보이다. 이 외에, 주기정보로는 자료의 송신지, 자료송신 일시, 교차로지체시간, 정류장서비스시간, 정류장간 도착시간, 도착정류장정보 등이 있다.
정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수신된 패킷에 포함되어 있는 정보타입플래그에 의해 수신된 패킷에 포함되어 있는 정보의 종류를 파악한다. 정보처리부(610)는 주기정보와 비주기정보가 수신되면 각각을 독립적인 사건으로 처리한다. 한편, 정보처리부(610)는 수신된 자료의 유효성여부에 대한 판단의 기초가 되는 차량장치상태정보를 다른 정보에 우선하여 처리한다. 정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수신된 자료를 수집주기별, 노선별, 차량별, 구간별로 처리하여 각각에 해당하는 정보를 생성하고 가공주기에 따른 누락자료를 처리한다.
정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수신된 정보를 차량단말장치(200)에서 수집된 시점을 기준으로 처리한다. 차량단말장치(200)는 주기적으로 정보를 전송하며, 정보처리부(610) 또한 일정한 주기에 의해 정보를 처리한다. 따라서, 정보처리부(610)에서의 처리시점과 정보의 수집시점 사이에는 시간적인 불일치가 발생하므로, 정보처리부(610)는 수신된 정보의 수집시점을 기준으로 정보를 분류한다. 이러한 정보처리부(610)에서의 수집주기별 정보처리과정에 의해 처리시점보다 먼저 수집된 정보는 원시자료로 분류되어 저장부(630)에 저장된다.
또한, 정보처리부(610)는 처리주기내에 처리될 수집자료가 시점별 데이터로 구성될 때 차량단말장치(200)의 자료수집 주기별 시점으로 입력되어 있지 않은 상태일 경우 누락시점 전주기 자료에 의한 처리를 시행한다. 전주기 자료가 존재하지 않는 경우에는 누락자료 처리를 하지 않는다. 누락자료가 위치데이터인 경우에 정보처리부(610)는 위치데이터를 누락위치 공간상으로 균등하게 전환하여 배치한다. 또한, 위치데이터 좌표는 누락시점 전과 후에 노드-링크체계에 의하여 배치한다.
또한, 정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수집된 자료를 개별차량에 대한 식별번호(차량 ID)를 기초로 운행노선계획과의 일치화 작업을 통하여 노선별 데이터로 분류한다. 나아가, 정보처리부(610)는 수집된 자료를 노선별 데이터로 분류한 후 개별차량단위로 처리주기동안 처리한다. 또한, 정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수집된 자료에서 각 차량별 구간정보를 분류한다. 구간별 자료는 정류장 여행시간 및 서비스시간, 지체시간을 포함한다. 구간별 자료는 처리주기와 관계없이 독립적으로 처리된다.
오류확인부(620)는 센터시스템(500)에서 가공되는 정보의 신뢰성을 높이기 위해 차량단말장치(200)로부터 수집된 위치정보, 속도정보 등의 기초자료에 대한 유효성을 검사한다. 수집된 정보에 발생되는 오류의 원인 중 대표적인 것은 차량단말장치(200)의 샘플링주기내 데이터의 누락, 수신된 자료들의 시간적 혼재, 차량단말장치(200)의 샘플링주기내 데이터 이상, 처리주기내의 수집주기자료 누락 등이다. 오류확인부(620)는 샘플링주기내 데이터 및 수신된 패킷데이터를 검사하여 오류발생여부를 확인한다. 다음으로, 오류확인부(620)는 누락된 자료를 처리한 후 수집된 패킷을 저장부(630)에 저장한다.
오류확인부(620)에서의 오류확인과정을 보다 상세하게 살펴보면, 오류확인부(620)는 정보처리부(610)에서 처리되어 저장되어 있는 노선별, 차량별 정보를 수집시점에 의해 정렬하고, 수신지연에 따른 주기별 데이터를 저장부(630)에 저장한다. 오류확인부(620)는 정렬후 저장한 자료에 대해 위치데이터, 속도데이터, 및 패킷순서상의 오류를 확인하고, 누락자료의 발생여부를 확인한다.
오류확인부(620)는 샘플링주기내 이전 속도 또는 이전 위치를 기초로 수집시점별로 정렬된 위치데이터의 오류를 확인한다. 샘플링주기내 이전 속도에 의해 위치데이터의 오류를 확인하는 경우에, 오류확인부(620)는 다음의 식을 만족하면 위치데이터에 오류가 발생된 것으로 파악한다.
여기서, Lt는 이동거리, Vt-1은 이전주기의 속도, GPSerr은 GPS에러, 그리고, 0.278은 전환상수이다.
이전 위치에 의해 위치데이터의 오류를 확인하는 경우에, 오류확인부(620)는 다음의 식을 만족하면 위치데이터에 오류가 발생된 것으로 파악한다.
여기서, GPSx,y는 현위치좌표이며, LD는 현링크의 변위벡터이다.
한편, 오류확인부(620)는 정렬된 속도데이터가 음의 값을 갖거나 설정되어 있는 임계속도(예를 들면, 200km/h)를 초과하면 속도데이터에 오류가 발생된 것으로 파악한다.
또한, 오류확인부(620)는 차량별 패킷 입력시점, 이전패킷 수집시점, 현패킷수집시점 등을 기초로 패킷순서를 확인한다. 이 때, 현패킷 수집시점 이상시 오류확인부(620)는 저장부(630)에 저장되어 있는 수신지연에 따른 주기별 데이터에 의해 이전패킷의 수집시점과 연속된 패킷을 검사하여 패킷순서를 확인한다. 이 때, 이전패킷의 수집시점과 연속된 패킷이 확인되지 않으면 패킷의 누락으로 판단한다. 패킷이 누락된 것으로 판단되면, 오류확인부(620)는 샘플링주기내 누락자료는 산술평균에 의하여 누락된 자료를 보충하며, 수집주기별 패킷의 경우에는 누락 패킷에 대해 플래그 설정한다.
저장부(630)에는 차량단말장치(200)로부터 수신된 원시자료, 정보처리부(610)에서 상술한 기준에 의해 분류된 가공자료, 오류확인부(620)에서 확인된 오류발생여부 및 오류가 보완된 데이터가 저장된다.
도 7a 및 도 7b는 교통정보 처리부(510)에서 교통정보를 처리하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수신된 패킷에 포함되어 있는 데이터의 종류를 확인한다(S700). 만약, 수신된 패킷에 포함되어 있는 데이터가 주기정보로 확인되면, 정보처리부(610)는 수신된 정보의 수집시점을 기준으로 정보를 분류한다(S704). 이러한 정보처리부(610)에서의 수집주기별 정보처리과정에 의해 처리시점보다 먼저 수집된 정보는 원시자료로 분류되어 저장부(630)에 저장된다(S708). 다음으로, 정보처리부(610)는 처리주기내에 처리될 수집자료가 시점별 데이터로 구성될 때 차량단말장치(200)의 자료수집 주기별 시점으로 입력되어 있는가를 확인한다(S712). 만약, 자료수집 주기별 시점으로 입력되어 있지 않은 상태이면, 누락시점 전주기 자료의 존재여부를 확인하고(S716), 누락시점 전주기 자료가 존재하면 누락시점 전주기 자료에 의한 처리를 수행한다(S720). 이와 달리, 누락시점 전주기 자료가 존재하지 않는 경우에는 누락자료 처리를 하지 않는다. 일예로, 누락자료가 위치데이터인 경우에 정보처리부(610)는 위치데이터를 누락위치 공간상으로 균등하게 전환하여 배치한다. 또한, 위치데이터 좌표는 누락시점 전과 후에 노드-링크체계에 의하여 배치한다.
다음으로, 정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수집된 자료를 개별차량에 대한 식별번호(차량 ID)를 기초로 운행노선계획과의 일치화 작업을 통하여 노선별 데이터로 분류한다(S724). 나아가, 정보처리부(610)는 수집된 자료를 노선별 데이터로 분류한 후 개별차량단위로 처리주기동안 처리한다(S728). 또한, 정보처리부(610)는 차량단말장치(200)로부터 수집된 자료에서 각 차량별 구간정보를 분류한다(S732). 구간별 자료는 정류장 여행시간 및 서비스시간, 지체시간을 포함한다. 구간별 자료는 처리주기와 관계없이 독립적으로 처리된다.
이와 달리, 수신된 패킷에 포함되어 있는 데이터가 비주기정보로 확인되면, 수신된 정보가 차량장치상태정보인가를 확인한다(S736). 만약, 수신된 정보가 차량장치상태정보이면 정보처리부(610)는 다른 정보에 우선하여 처리한다(S740). 또한,해당 차량으로부터 수신된 주기 및 비주기정보에서 이상이 발생한 장치에서 생성된 정보에 에러플래그를 부가하거나 사용금지표시를 부가하여 다른 구성요소에서 해당 정보의 사용을 금지한다. 정보처리부(610)에 의해 처리된 정보는 저장부(630)에 저장된다(S744).
다음으로, 오류확인부(620)는 정보처리부(610)에서 처리되어 저장되어 있는 노선별, 차량별 정보를 수집시점에 의해 정렬하고(S748), 수신지연에 따른 주기별 데이터를 저장부(630)에 저장한다(S752). 오류확인부(620)는 정렬후 저장한 자료에 대해 위치데이터, 속도데이터, 및 패킷순서상의 오류를 확인하고, 누락자료의 발생여부를 확인한다(S756). 오류확인부(620)는 샘플링주기내 이전 속도 또는 이전 위치를 기초로 수집시점별로 정렬된 위치데이터의 오류를 확인한다(S760). 만약, 위치데이터에 오류가 존재하면 위치변위를 산출하고(S764), 산출된 위치변위에 의해 위치데이터를 수정한다(S768). 수정된 위치데이터는 저장부(630)에 저장된다(S772). 샘플링주기내 이전 속도에 의해 위치데이터의 오류를 확인하는 경우에, 오류확인부(620)는 수학식 9를 만족하면 위치데이터에 오류가 발생된 것으로 파악한다. 이전 위치에 의해 위치데이터의 오류를 확인하는 경우에, 오류확인부(620)는 수학식 10을 만족하면 위치데이터에 오류가 발생된 것으로 파악한다.
한편, 오류확인부(620)는 위치데이터의 오류확인 및 오류수정과정의 수행 후 속도데이터에 대한 오류확인 및 오류수정과정을 수행한다. 오류확인부(620)는 속도데이터의 오류발생여부를 확인한다(S776). 만약, 속도데이터에 오류가 발생한 것으로 확인되면 속도데이터로부터 속도변위를 산출하고(S780), 산출된 속도변위에 의해 속도데이터를 수정한다(S784). 수정된 속도데이터는 저장부(630)에 저장된다(S788). 오류확인부(620)는 정렬된 속도데이터가 음의 값을 갖거나 설정되어 있는 임계속도(예를 들면, 200km/h)를 초과하면 속도데이터에 오류가 발생된 것으로 파악한다.
다음으로, 오류확인부(620)는 차량별 패킷 입력시점, 이전패킷 수집시점, 현패킷 수집시점 등을 기초로 패킷순서를 확인한다(S792). 이 때, 현패킷 수집시점 이상시 오류확인부(620)는 저장부(630)에 저장되어 있는 수신지연에 따른 주기별 데이터에 의해 이전패킷의 수집시점과 연속된 패킷을 검사하여 패킷순서를 확인한다. 이 때, 이전패킷의 수집시점과 연속된 패킷이 확인되지 않으면 패킷의 누락으로 판단한다. 패킷이 누락된 것으로 판단되면, 오류확인부(620)는 샘플링주기내 누락자료는 산술평균에 의하여 누락된 자료를 보충하며, 수집주기별 패킷의 경우에는 누락 패킷에 대해 플래그 설정한다(S796).
저장부(630)에는 차량단말장치(200)로부터 수신된 원시자료, 정보처리부(610)에서 상술한 기준에 의해 분류된 가공자료, 오류확인부(620)에서 확인된 오류발생여부 및 오류가 보완된 데이터가 저장된다.
교차로지체정보산출부(520)는 차량단말장치(200)로부터 수집된 자료를 기초로 교차로별 평균지체시간을 산출한다. 교차로지체정보산출부(520)는 교통정보처리부(510)의 저장부(630)에 저장되어 있는 원시자료(차량단말장치(200)로부터 수신된 자료) 또는 정보처리부(610) 및 오류확인부(620)에 의해 처리되어 저장부(630)에 저장되어 있는 자료에 의해 교차로별 평균지체시간을 산출한다.
교차로지체정보산출부(520)는 수집주기별 또는 가공주기별로 교차로지체정보를 산출한다. 수집주기별로 교차로지체정보를 산출하는 경우에, 교차로지체정보산출부(520)는 잔여거리 측정을 통해 교차로 영역을 확인한다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 링크상에 차량이 위치할 때, 잔여거리는 다음의 식에 의해 결정된다.
여기서, Dt는 차량의 현위치에서의 잔여거리이며, 차량의 현위치는 차량단말장치(200)로부터 수신된 차량의 위치정보로부터 얻어진다.
다음으로, 차량의 위치좌표 및 속도에 의해 정지여부를 확인한다. 차량의 위치좌표 및 속도가 다음식을 만족하면 차량이 정지한 것으로 판단한다.
여기서, Vt는 차량의 속도이고, Verr는 속도측정오차이다.
마지막으로, 차량별 지체정보를 확인하여 지체정보가 진행중이면 지체시간을 누적하고 차량이 출발한 것으로 확인되면 지체시간 산출과정을 종료한다. 이상의 과정을 통해 교차로지체정보산출부(520)는 노선별 교차로 지체시간을 산출한 후 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630) 또는 별도의 저장수단에 저장한다.
한편, 교차로지체정보산출부(520)는 가공주기별로 평균지체를 산출할 수 있다. 먼저, 교차로지체정보산출부(520)는 평균지체시간을 산출할 교차로를 선택하고, 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630)로부터 수집주기별 교차로지체시간 데이터를 획득한다. 다음으로, 교차로별 가공주기내 지체시간의 합계를 산출한 후가공주기내 교차로지체시간의 산술평균을 계산한다. 가공주기내 교차로지체시간의 데이터 수는 교차로별로 상이하다. 마지막으로, 지체시간의 평균을 산출한 후 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630) 또는 별도의 저장수단에 저장한다.
정류장지체정보산출부(530)는 수집주기별 또는 가공주기별로 정류장지체정보를 산출한다. 수집주기별로 정류장지체정보를 산출하는 경우에, 정류장지체정보산출부(530)는 잔여거리 측정을 통해 정류장 영역을 확인한다. 잔여거리는 수학식 11에 의해 결정된다. 다음으로, 차량의 위치좌표 및 속도에 의해 정지여부를 확인한다. 차량의 위치좌표 및 속도가 수학식 12를 만족하면 차량이 정지한 것으로 판단한다. 이 때, 차량단말장치(200)의 샘플링 주기가 증가하면(예를 들어, 2초를 초과하면), 주기동안 출발에 대한 추가 정지시간을 보정한다. 또한, 운행기록기의 속도변화량에 따라 정지시간을 누적한다. 차량출발에 의한 이동거리는 다음식의 의해 산출된다.
여기서, Tadd는 샘플링주기동안의 출발보정시간, Tt-1은 샘플링시점(정지시점), Tt는 샘플링종점(출발시점), Ts는 샘플링주기, Lgps는 좌표상의 이동거리, Vt는 출발시점의 속도, 그리고, Lv는 차량의 출발에 의한 이동거리이다. 마지막으로, 샘플링주기내에서의 서비스 시작 및 진행종료에 대한 정보를 설정하고, 종료확인된 정류장별 서비스시간을 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630) 또는 별도의 저장수단에 저장한다.
한편, 정류장지체정보산출부(530)는 가공주기별로 평균지체를 산출할 수 있다. 먼저, 정류장지체정보산출부(530)는 평균지체시간을 산출할 정류장을 선택하고, 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630)로부터 수집주기별 정류장지체시간 데이터를 획득한다. 다음으로, 정류장별 가공주기내 지체시간의 합계를 산출한 후 가공주기내 정류장지체시간의 산술평균을 계산한다. 마지막으로, 지체시간의 평균을 산출한 후 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630) 또는 별도의 저장수단에 저장한다.
구간여행시간산출부(540)는 차량단말장치(200)로부터 수집된 데이터에 의해 차량이 인접하는 정류장을 주행하는데 소요되는 시간을 산출한다. 구간여행시간을 산출하는 목적은 차량이 출발지로부터 목적지까지 주행하는데 소요된 전체시간을 관측하여 배차시간 조정, 개별적인 차량의 주행속도 조정, 링크별 주행속도 산정 등의 자료로 사용하기 위함이다. 구간여행시간은 측정된 시점까지의 시간이라는 상수를 통해 차량이 경험한 교통상황을 도출할 수 있는 요소이다. 또한, 구간여행시간에는 출발지 정류장 및 도착지 정류장을 구성하는 교차로나 보행신호 등에 의한 지체시간이 포함되어 있다.
구간여행시간은 두가지 유형의 링크에 따라 산출될 수 있다. 즉, 구간여행시간은 정류장과 정류장을 연결하는 링크들의 여행시간의 합으로 표현된다. 그러나, 구간여행시간을 링크들의 여행시간의 합으로 표현하는 경우에 현장조사에 따른 노드설정의 문제가 있으므로, 노드의 의미에 대해 물리적 공간개념을 적용시키기 위해 정류장 노드시점이라는 개념을 도입한다. 정류장 노드 시점은 실제 차량의 위치좌표 및 속도데이터에 의해 노드의 진입시점과 노드의 출발시점으로 구분된다. 노드의 진입시점은 차량의 노드좌표 데이터 접근을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 또한, 노드의 진입시점은 차량의 도착을 의미하며, 차량의 위치데이터가 노드좌표 부근영역이 아닌 도착후 정지를 포함한다. 한편, 노드의 출발시점은 차량의 노드좌표 데이터 이탈을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 또한, 노드의 출발시점은 차량의 출발을 의미하며, 차량의 위치데이터가 노드좌표 부근영역이 아닌 정지후 출발을 포함한다.
구간여행시간은 링크의 유형에 따라 기본링크 구간여행시간 및 확장링크 구간여행시간으로 구분된다. 기본링크는 정류장간 여행시간 산출의 최소단위이다. 기본링크 구간여행시간의 진입시점기준은 노드 진입시점부터 인접노드의 진입시점까지의 시간으로 표현되며, 진출시점기준은 노드 진출시점부터 인접노드의 진출시점까지의 시간으로 표현된다. 도 9a 및 도 9b에는 각각 진입시점기준 및 진출시점기준이 도시되어 있다. 확장링크 구간여행시간의 진입시점기준은 시작노드 진입시점부터 종료노드의 진입시점까지의 시간으로 표현되며, 진출시점기준은 시작노드 진출시점부터 종료노드의 진출시점까지의 시간으로 표현된다. 도 10a 및 도 10b에는 각각 진입시점기준 및 진출시점기준이 도시되어 있다.
구간여행시간산출부(540)는 차량단말장치(200)로부터 수신된 차량의 위치좌표 및 속도데이터에 의해 차량의 위치가 정류장 영역이고 속도데이터가 정지를 나타내면 차량이 정류장에 도착한 것으로 판단한다. 진입시점을 기준으로 여행시간을 산출하는 경우에 차량의 정류장 도착시점으로부터 다음 정류장 도착시간까지의 여행시간이 구간여행시간으로 산출된다. 구간여행시간산출부(540)는 위치데이터가 확장링크영역일 경우에 노드 통과시점에 여행시간을 기록한다. 한편, 각 노드별 여행시간의 종료와 여행시간의 출발은 동일시점에 발생한다. 따라서, 구간여행시간산출부(540)는 차량의 출발시 이전구간에 대한 여행시간의 산출을 종료하고 다음구간에 대한 여행시간의 산출을 개시한다. 이 때, 위치데이터는 정류장도착 및 정류장 정차로 구분하여 처리된다. 정류장도착외의 정류장 정차는 다음 정류장 여행시간으로 기록되며, 구간여행시간은 이전 노드의 특성에 따른 여행시간누적으로 기록된다.
구간여행시간산출부(540)는 차량별, 정류장별 여행시간 기록을 위한 시작과 종료를 확인하고, 확장노드 통과에 따른 시작과 종료를 확인한다. 또한, 구간여행시간산출부(540)는 정류장 도착확인 시점에 이전구간에 대한 여행시간과 노선별, 차량별 구간여행시간을 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630) 또는 별도의 저장수단에 저장한다.
도착예정시간산출부(550)는 차량단말장치(200)로부터 수신된 자료에 의해 일정한 노선을 주행하는 차량의 주요 경유지에 대한 도착예정시간을 산출한다. 일정한 노선을 주행하는 버스의 위치 및 속도와 이에 의해 산출된 도착 잔여거리 및 측정시점의 차량의 경험적 여행시간을 입력자료로 할 때, 도착예정시간은 다음식에 의해 얻어진다.
여기서, Tk는 k시점에서의 여행시간, Lk는 k시점에서의 거리, Sk는 k시점에서의 속도, 그리고, Wk는 k시점에서의 오차이다.
또한, 관측방정식은 다음과 같이 정의되며, 측정대상은 차량의 여행시간이고 잔여거리 및 속도는 측정시점에서 수집되어 가공되는 상수이다.
시점 k에서 실제 관측되는 관측치, 즉 차량의 경험여행시간은 Tk, 즉 현시점에서 측정된 여행시간이다. 따라서, 다음과 같은 k시점에서 k+1시점의 여행시간 방정식을 얻을 수 있다.
도착예정시간산출부(550)는 초기화, 시간갱신, 및 관측값갱신의 절차를 반복적으로 수행하여 시점에 대한 도착예정시간을 계산한다. 도착예정시간산출부(550)는 초기화절차의 수행시 데이터를 계산시점의 관측된 여행시간과 잔여거리 및 속도로 표현한다. 초기화절차는 다음의 수학식에 의해 수행된다.
여기서, time1은 측정된 여행시간, speed1은 샘플링 주기동안의 평균속도, ctv0는 여행시간의 분산, 그리고, scv0는 속도의 분산의 역수이다.
한편, 도착예정시간산출부(550)에서 수행되는 시간갱신절차는 다음의 수학식으로 표현된다.
마지막으로, 도착예정시간산출부(550)에서 수행되는 관측값갱신절차는 다음의 수학식으로 표현된다.
한편, 차량도착예정시간 산출모형 중에서 링크기반모형은 여행시간을 상류부정류장에서 하류부정류장까지의 모든 링크에서의 차량여행시간을 누적하여 예측하는 모형이다. 링크기반모형은 다음의 식에 의해 여행시간을 예측한다.
여기서, Dk,j-1은 이전 정류장에서의 서비스시간, SAk,j-1은 이전 정류장에 버스가 도착한 시간, 그리고,는 정류장까지의 총 m개의 링크여행시간이다.
링크기반모델에서 승차승객의 분표는 포이즌 분포라 가정한다. 이 경우, 이전 정류장에서의 탑승 승객수는 다음과 같이 정의된다.
여기서,는 정류정간 시간당 탑승승객수요(i≤j≤N),는 이전 정류장에서의 차량 k와 차량 k-1간의 간격, 그리고,는 정류장 i-1에서 버스 k의 도착시간이다. 수학식 21에 의해 버스처리시간은 다음과 같이 산출된다.
여기서, tb는 평균 승객 탑승시간이다.
정지기반모델은 다음식에 의해 여행시간을 예측한다.
여기서,는 신경망모형에 의해 산출된 실제여행시간의 결과값이다.
통합신경망모형은 신경망모형을 적응적모델로 전환한 모형으로 다음의 수학식으로 표현된다.
여기서, Ek,j는 링크기반/정지기반모델에 의해 예측된 여행시간,은 k-1번째 차량이 정류장 i에 도착시 예측오차이며, 다음과 같이 정의된다.
수학식 25에서 Kk,i는 오차공분산을 최소화할 수 있도록 최적화될 수 있으며, 최적화결과는 다음의 식과 같다.
여기서,는이고,는정류장 i에서 계측된 차량도착시간의 랜덤잡음으로 정의된다.
차량관리부(560)는 차량의 출발전 늦은 차량에 대한 승객수요를 추정하고,노선상에서의 차량위치에 따라 정류장까지의 늦은 차량의 도착시간에 대한 표준편차와 평균을 추정한다. 차량관리부(560)는 지연된 차량이 도착했다면 즉시 출발하도록 제어한다. 또한, 차량관리부(560)는 차량이 도착하기 전이면 총비용을 최소화하는 최적화된 차량의 지연시간을 산출하고, 최적 지연시간이 평가시간간격보다 작거나 같으면 지연시간 이후에 차량을 출발시킨다.
차량관리부(560)은 총비용을 다음의 식에 의해 산출한다.
여기서,은 시간지연비용,는 연결지연비용, 그리고,는 늦은 차량 b를 기다리는 동안 차량 v를 지연시킴으로 인하여 야기된 손실연결비용이다.
시간지연비용은 다음과 같이 정의된다.
여기서,는 지연시간이고,는 차량운행비용이다.
연결지연비용은 다음과 같이 정의된다.
여기서,는 차량 b의 도착확률분포이고,는 차량의 b와 y간의 이용승객수요이다.
만약, 차량 b가이전에 도착하면, 연결지연비용은 단순히 지연비용에 승객수요와 이용자 대기시간를 곱하여 산출된다. 이와 달리, 차량 b가이후에 도착하면, 연결지연비용은 차량 v의 출발 이전 차량 b의 도착확률에 기초하여 공식화되며,에와간 차량 b의 확률값을 곱하고, 대응하는 대기시간과 이용자 대기시간를 곱하여 산출된다.
수학식 29에서 차량배차시간은 차량 v의이후에 결정될 수 있으며, 다음식에 의해 배차의사결정시간이 결정된다.
여기서, n은 차량 v를 지연시키는 평가 이터레이션수이다. 따라서, 첫번째의 배차결정수는 1이 된다.
손실연결비용은에서사이에 도착하는 승객이 차량 v를 탑승하지 못함으로 인하여 야기되는 비용이며, 손실연결 확률분포에 의하여 공식 d, m으로 구성되고 차량도착분포가 산출된 이후에 결정될 수 있다. 손실연결비용은 지연된 차량 b가와사이에 도착하는 경우에 발생되며, 승객수요에 손실연결확률값과 그에 대응하는 대기시간 및 승객 대기시간을 곱하여 산출된다. 손실연결비용은 다음식에 의해 산출된다.
손실연결지연비용과 연결지연비용은 늦은 차량을 찹승한 승객에 의하여 야기되는 비용으로, 늦은 차량의 도착분포에 의해 결정된다. 만약, 늦은 차량 b의 도착분포가 로그-정규분포이고, 차량 v의 출발시간이 늦은 차량의 가장 빠른 도착시간이전이라면, 연결지연비용은 무시된다. 만약, 차량 v의 출발시간이 늦은 차량의 가장 빠른 도착시간이후라면, 손실연결지연과 연결지연비용을 모두 고려해야 한다. 이 경우 비용은 다음의 식에 의해 결정된다.
여기서,와은 각각 연결지연 및 손실연결지연이다.
노선이탈판별부(570)는 차량의 노선이탈여부를 판별한다. 노선이탈판별부(570)는 GPS로부터 수신되는 위치자료상의 오류에 기인한 노선이탈과 실제 차량의 노선이탈을 판별하여야 한다. GPS데이터의 오류는 통상 GPS모듈제조업체에서 정의된 정확도 사양서에 준하여 정확도가 결정되나 실질적으로 GPS정확도라 함은 확률적으로 경도 및 위도로 수신된 자료에 대하여 90~95%의 정확도를 의미한다. 도 11 및 도 12에는 각각 GPS데이터의 오차에 따른 노선상에 차량이 위치하는 범위 및 GPS데이터의 오차확대에 따른 노선이탈 범위가 도시되어 있다.
먼저, 노선이탈여부를 판별결과의 신뢰도는 판별에 사용되는 GPS데이터의 오차범위에 영향을 받는다. 노선이탈여부를 판단하기 위해서는 최소한 차량이 통행하는 최대 노선폭과 최인접 링크간의 거리가 사전에 정의되어야 한다. 이러한 기본정보가 사전에 정의되면 차량의 노선이탈과 GPS데이터의 오차에 의한 노선이탈이 정확히 구분될 수 있다.
차량의 노선이탈과 GPS데이터의 오차에 의한 노선이탈에 대한 판단은 노선내 링크의 이탈거리를 산출하는 방법과 차량의 위치를 기준으로 기준링크의 길이 대비 차량기준의 링크길이를 비교하는 방법에 의한다.
거리비교방식에 의한 노선이탈판별은 다음식에 의해 수행된다.
여기서, Di는 차량의 현재위치를 기준으로 추정된 링크의 길이(m) 대 실제 링크길이간의 편차, Ux및 Uy는 업스트림 노드의 좌표, Bx및 By는 차량의 현재위치좌표, 그리고, Dx및 Dy는 다운스트림 노드의 좌표이다.
수학식 33에 의해, 노선이탈판별부(570)는 Di값에 따라 노선이탈여부를 판단한다. 즉, Di=0이면 현재의 차량은 노선상에 위치하고 있으며 GPS의 오차는 없는 것으로 판단한다. 또한, Di≤θ이면, 현재의 차량위치는 GPS데이터의 오차허용범위 내에서 노선상에 존재하는 것으로 판단한다. 또한, Di≥θ이면, 현재의 차량위치는 알 수 없는 원인에 의해 노선으로부터 이탈된 것으로 판단한다. 이 때, θ값은 노선이탈여부를 결정하는 임계값으로, GPS데이터의 오차범위에 의해 직접적으로 영향을 받으며, 다음식에 의해 산출된다.
여기서, Ei는 실제 링크길이 대 GPS데이터의 오차를 반영한 링크길이간 편차, Ux및 Uy는 업스트림 노드의 좌표, Ex및 Ey는 노선상의 위치좌표와 GPS데이터의 최대허용오차상의 가용좌표의 합, 그리고, Dx및 Dy는 다운스트림 노드의 좌표이다.
결과적으로, θ는 다음식에 의해 결정된다.
노선이탈판별부(570)가 수학식 35에 의해 θ를 추정한 후 이를 적용하여 산출한 결과는 순간적인 판단이므로, 수학식 33의 세번째 항을 수정하면 노선이탈여부에 대해 보다 정확한 판단을 얻을 수 있다. 노선이탈판별부(570)는 다음의 판단식에 따라 노선이탈여부를 판단한다.
는 차량이 업스트림 노드를 통과한 시점에서 다운스트림 노드에 도착하기 직전까지 누계산출되는 결과값으로 θ2에 의해 판단되며, θ2는 다음식에 의해 산출된다.
수학식 37은 확률적으로 차량이 업스트림 노드를 통과한 다음 다운스트림 노드에 도착하기까지 최소한 GPS가 허용하는 최대오차를 지속적으로 발생시킬 수 없음에 기인한 공식이다. 수학식 37을 효과적으로 적용하기 위해서는 GPS로부터의 수신주기를 가급적 최소화하는 것이 바람직하다.
통신부(580)는 차량단말장치(200)로부터 교통정보를 수신하거나 차량단말장치(200)로 교통정보를 전송하는 수단이다. 통신부(580)의 기능 및 구성은 차량단말기(200)에 구비되는 통신부(205)의 기능 및 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 13은 본 발명에 따른 차량운행 통제방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
차량운행에 대한 통제는 센터시스템(500)에 구비된 차량관리부(560)에 의해 수행된다. 차량관리부(560)는 도로를 주행중인 차량으로부터 수집된 현장정보를 기초로 작성된 노선별 교차로 지체정보, 노선별 구간여행시간정보, 정류장 지체시간정보, 잔여거리정보, 정류장도착예상시간정보 등에 의해 노선상을 주행하고 있는차량의 운행을 제어하거나 차량의 배차간격을 조정한다. 또한, 차량관리부(560)는 도로의 주행여건에 다라 차량을 동적으로 배차한다.
차량관리부(560)는 후발차량에 대한 승객수요를 추정한다(S1300). 노선상에서의 차량위치에 따라 정류장까지의 후발차량의 도착시간에 대한 표준편차와 평균을 추정한다(S1310). 차량관리부(560)는 후발차량의 도착여부를 확인한 후(S1320), 후발차량이 도착했다면 선발차량을 즉시 출발시킨다(S1330). 그러나, 후발차량이 도착하기 전이면 총비용을 최소화하는 차량의 지연시간을 산출한다(S1340). 총비용은 수학식 27에 의해 산출되며, 총비용을 구성하는 각각의 비용항목은 수학식 28, 29, 및 31에 의해 얻어진다. 다음으로, 차량관리부(560)는 산출된 최적 지연시간과 평가시간간격을 비교한다(S1350). 산출된 최적 지연시간이 평가시간간격보다 작거나 같으면, 차량관리부(560)는 지연시간이 경과한 후 차량을 출발시킨다(S1360). 이와 달리, 산출된 최적 지연시간이 평가시간간격보다 크면, S1300단계로 진행하여 후발차량에 대한 승객수요를 추정한다.
한편, 차량관리부(560)는 교통정보처리부(510)에 구비된 저장부(630)에 저장되어 있는 노선별 또는 차량별 수집자료 및 차량별 정류장도착예정시간을 기초로 차량의 운행을 제어할 수도 있다. 이 경우, 차량관리부(560)는 차량별 수집자료와 정류장도착예정시간에 의해 소정의 임계값보다 큰 지연시간을 갖는 차량을 검출한다. 다음으로, 차량관리부(560)는 검출된 차량과 동일한 노선을 주행하는 차량 중에서 검출된 차량과 인접하는 차량으로 속도조절신호를 전송하여 검출된 차량과 일정한 간격이 유지되도록 제어한다. 이와 동시에 검출된 차량에 지연에 대한 경고신호를 전송한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 교통정보의 생성기능을 구비한 차량단말장치 및 교통정보 생성방법에 의하면, 타코메타 및 도어센서에 의해 차량의 상태정보 및 주행상황정보를 실시간으로 생성하고 생성된 정보에 의해 교차로지체정보, 정류장지체정보 등과 같은 이차적인 가공정보를 차량단말장치에서 생성할 수 있다.
Claims (1)
- GPS위성으로부터 GPS데이터를 수신하여 차량이 위치하고 있는 지점의 경위도 좌표를 출력하는 GPS수신부;차량의 주행속도, 가속 및 감속정보를 감지하여 속도정보를 출력하는 타코메타;차량 도어의 개폐를 감지하여 개폐감지신호를 출력하는 도어센서;교차로지체시간정보, 정류장서비스시간정보, 도어개폐정보, 도착정류장정보, 및 정류장간 도착시간정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 비주기정보를 센터시스템으로 전송하고, 상기 비주기정보를 기초로 차량지체정보, 노드인식정보를 생성하는 이벤트처리부; 및차량의 위치정보, 차량의 속도정보, 및 차량의 상태정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 주기정보를 상기 센터시스템으로 전송하고, 상기 주기정보를 기초로 정류장도착예정시간을 생성하는 데이터처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 생성기능을 구비한 차량단말장치.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101524809B1 (ko) * | 2012-11-19 | 2015-06-03 | (주)케이에프 | 구간별 운행 정보 획득장치 및 방법 |
| CN116985875A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-11-03 | 宁波市轨道交通集团有限公司智慧运营分公司 | 用于提升交通效率的城市轨道交通的信号指引系统 |
-
2003
- 2003-04-03 KR KR1020030021032A patent/KR20040086678A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101524809B1 (ko) * | 2012-11-19 | 2015-06-03 | (주)케이에프 | 구간별 운행 정보 획득장치 및 방법 |
| CN116985875A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-11-03 | 宁波市轨道交通集团有限公司智慧运营分公司 | 用于提升交通效率的城市轨道交通的信号指引系统 |
| CN116985875B (zh) * | 2023-05-30 | 2024-03-26 | 宁波市轨道交通集团有限公司智慧运营分公司 | 用于提升交通效率的城市轨道交通的信号指引系统 |
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