KR20090110130A - 인공지능 보행자 신호등 제어장치 - Google Patents

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KR20090110130A
KR20090110130A KR1020080035754A KR20080035754A KR20090110130A KR 20090110130 A KR20090110130 A KR 20090110130A KR 1020080035754 A KR1020080035754 A KR 1020080035754A KR 20080035754 A KR20080035754 A KR 20080035754A KR 20090110130 A KR20090110130 A KR 20090110130A
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Abstract

본 발명은 교통신호기의 주제어장치와 독립적으로 설치되어 각 보행자 신호등의 점소등을 감지하고 보행자의 유무 및 보행자 수를 파악하여 보행자의 유무 판단과 보행자의 수에 따라 해당 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 교통신호기의 주제어장치(100)와 보행자 신호등(200)과 데이터 송수신이 가능하도록 독립적으로 설치되어, 횡단보도를 횡단하기 위해 대기하는 대기 보행자의 유무 및 보행자 수를 파악하여 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 횡단 안전시간 내에서 보행자 신호등의 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등을 유동적으로 제어하도록 함으로써, 종래의 주제어장치를 변경하지 않고도 보행자의 유무를 감지하여 신호등의 점소등을 제어할 수 있으므로 설치 비용이 저렴하고 간단하며 효율적인 운영이 가능하다.
교통신호기, 신호등, 보행자 신호등, 점소등 제어, 인공지능

Description

인공지능 보행자 신호등 제어장치 {Artificial Intelligent Pedestrian Signal Controller}
본 발명은 보행자 신호등 제어장치에 관한 것으로, 특히 교통 신호기의 주제어장치와 독립적으로 설치되어 각 보행자 신호등의 점소등을 감지하고 대기 보행자의 유무와 보행자 수를 파악하여 보행자의 유무 판단과 보행자의 수에 따라 해당 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치에 관한 것이다.
횡단보도에는 차량 운전 및 보행자의 안전 보행을 위하여 신호등이 설치되는데, 종래 횡단보도에 설치된 보행자 신호등은 보행자의 유무에 관계없이 주기적으로 녹색 보행자 신호등이 켜지게 된다.
따라서, 횡단보도를 횡단하는 보행자가 없는 경우에도 차량은 신호 대기를 위해 정지하여야 하므로, 차량의 신호 대기중에 불필요한 연료의 손실이 발생하고 신호 대기에 따른 차량의 지체로 인하여 교통 소통이 원활하지 못하고 운전 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점에 따라 실용신안등록 제0433292호 "보행자신호등"이 제안되었다. 상기 등록실용신안은 보행자신호제어단말기에 물체의 유무를 인식하는 센스를 구비하여 횡단보도의 보행자 대기영역에 센스에 의해 보행자의 유무를 인식하여 보행자신호제어단말기가 보행자의 있음을 인식하면 보행자의 횡단이 허용되는 녹색등이 점등되며 센스에 의해 보행자가 없을 경우에는 횡단보도에는 적색이 점등되며 운전자신호등은 녹색으로 점등되어 보행자가 없을 경우 계속해서 녹색이 점등되도록 하고 있다.
이러한 보행자신호등은, 보행자가 보행대기영역에 없는 경우에는 녹색 차량 신호등이 지속적으로 점등되므로 차량 흐름을 원활히 할 수 있으며 운전 시간 및 연료의 손실을 예방할 수 있는 효과가 있었다.
하지만, 이러한 보행자신호등은 주제어장치에 의해 제어되므로 종래 일반적인 신호등이 설치된 횡단보도에서는 주제어장치를 교체해야 하는 복잡한 설치 과정이 필요하고 설치에 비용이 많이 소용되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 보행자신호등은 단순히 보행자의 유무만 감지하여 보행자 신호등 및 차량 신호등의 점소등을 해당 점등주기 동안 제어하므로, 보행자 수나 기타 환경에 따른 신호등의 보다 유연하고 정밀한 제어가 불가능하였으며, 특히 보행자 감지용 센서나 주제어장치가 고장나거나 오류가 발생하는 경우 신호등 점소등의 적절한 대처가 불가능하였다.
본 발명은 상술한 종래 신호등 제어장치의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 신호등의 주제어장치와 독립적으로 설치되어 신호대기중인 보행자의 유무 및 보행자 수를 감지한 후, 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 횡단 안전시간 이내에서 녹색 보행자 신호등의 점등 유무 및 점등시간을 유동적으로 제어하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 신호등의 주제어장치와 독립적으로 설치되어 주제어장치에서 각 신호등으로 전달되는 신호를 제어하되 고장이나 오류 발생시 주제어장치에서 각 신호등으로 전송되는 신호를 그대로 전달하여 종래 일반적인 신호등의 기능을 수행할 수 있도록 하는 안정적인 기능이 구비된 인공지능 보행자 신호등 제어장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 장치에 있어서, 교통신호기의 주제어장치와 보행자 신호등과 데이터 송수신이 가능하도록 독립적으로 설치되어, 횡단보도를 횡단하기 위해 대기하는 대기 보행자의 유무 및 보행자 수를 파악하여 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 횡단 안전시간 내에서 보행자 신호등의 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등을 유동적으로 제어하게 된다.
상기 보행자 신호등 제어장치는 횡단보도를 횡단하기 위해 보행자 대기영역에 대기하는 보행자의 유무 및 보행자 수를 파악하는 영상검지부와; 상기 영상검지부로부터 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 전송받아, 보행자 횡단 안전시간 내에서 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 해당 보행자 신호등 점소등 시간을 계산하는 중앙제어부와; 상기 중앙제어부로부터 전송되는 보행자 신호등 점소등 시간에 따라 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등 제어신호를 생성하여 해당 보행자 신호등에 전송하는 신호처리부;를 포함하여 이루어진다.
상기 중앙제어부는 영상검지부로부터 전송되는 대기 보행자 유무 정보에 대기 보행자가 없는 경우 보행자 횡단 안전시간 동안에도 녹색 보행자 신호등의 점등이 이루어지지 않도록 하고, 보행자 수가 많을수록 보행자 횡단 안전시간 범위 내에서 녹색 보행자 신호등의 점등시간이 증가하도록 보행자 신호등 점소등 시간을 계산하여 신호처리부에 전송하게 된다.
상기 신호처리부는 주제어장치로부터 전송되는 보행자 신호등 제어신호를 수신하여 감지하는 신호감지모듈과; 상기 신호감지모듈에 의해 감지되는 보행자 신호등 제어신호를 중앙제어부에 전송하고, 중앙제어부로부터 계산되어 전송되는 보행자 신호등 점소등 시간에 따라 보행자 신호등 제어신호를 생성하는 신호처리모듈과; 상기 신호처리모듈로부터 전송되는 보행자 신호등 제어신호에 따라 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 신호를 해당 보행자 신호등에 전송하는 신호발생모듈;이 구비된 다수의 신호처리기를 포함하여 이루어진다.
상기 영상검지부는 횡단보도의 양측에 설치되어 보행자 대기영역을 촬영하는 다수의 카메라와, 상기 카메라를 통하여 촬영된 영상정보를 분석하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하여 중앙제어부에 전송하는 다수의 영상검지기를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 주제어장치와 독립적으로 설치되어 운용이 가능하므로 종래의 주제어장치를 변경하지 않고도 보행자의 유무를 감지하여 신호등의 점소등을 제어할 수 있으므로 설치 비용이 저렴하고 간단한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 보행자의 단순 유무뿐만 아니라 보행자 수를 감지하여 보행자 수에 따라 점등주기내에 최적화된 보행 점등시간을 계산하여 점등할 수 있어 보다 유동적이고 효율적인 운영이 가능하며, 이에 따라 자동차의 불필요한 정지 및 재출발 횟수를 줄이게 되어 연료 에너지가 절약되며 자동차 운전자의 통행 시간을 절약하고 교통 소통을 원활히 할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 제어장치가 고장나거나 오류가 발생하는 경우 독립적으로 설치된 주제어장치와 신호등을 직접 연결하여 주제어장치에 의해 신호등의 점소등이 제어되도록 함으로써 종래 일반적인 신호등의 기능을 수행할 수 있도록 할 수 있는 안정적인 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 2방향 횡단보도에 설치된 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 설치 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 보행자가 횡단할 수 있도록 횡단보도가 표시된 도로 측면에는 지주(1)에 의해 지지되는 보행자 신호등(200)이 설치되고, 지주(1) 일측에 상기 보행자 신호등(200)의 점소등을 제어하는 교통신호기의 주제어장치(100)가 설치되며, 상기 주제어장치(100)와 독립적으로 구성되고 설치되어 주제어장치(100)에서 보행자 신호등(200)으로 전송되는 신호등 제어신호를 감지하고 제어하여 횡단보도의 보행자 대기영역(400)에서 대기하는 보행자의 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 보행자 신호등 제어장치(300)가 설치된다. 상기 보행자 대기영역(400)은 카메라(332)를 통하여 촬영된 후 분석되어 대기영역(400)에 대기하는 보행자 유무 및 보행자 수가 파악된다.
상기 보행자 신호등 제어장치(300)는 주제어장치(100)와 보행자 신호등(200) 사이에 설치되어 주제어장치(100)로부터 전송되는 신호등 제어신호를 감지하고, 주제어장치(100)와 독립적으로 대기 보행자의 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 횡단 안전시간 이내에서 녹색 보행자 신호등 및 적색 보행자 신호등의 점소등을 제어하게 된다. 한편, 횡단보도 상단에는 지주에 의해 지지되어 상기 보행자 신호등(200) 과 연동되어 동작되는 운전자 신호등(도면에 미도시)이 설치된다.
본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 2방향 뿐만 아니라, 다양한 교차로에 설치되어 운영될 수 있다.
4방향 교차로를 예를 들면, 통상 4방향 교차로에는 4개의 횡단보도가 설치되고, 이 횡단보도 양측에는 한쌍으로 이루어진 보행자 신호등이 각각 설치되며, 각 도로 방향에 운전자 신호등이 설치되는데, 상기 보행자 신호등 및 운전자 신호등은 주제어장치에 의해 연동되어 제어된다. 한편, 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 주제어장치와 연동되어 각 횡단보도의 대기영역에 대기중인 보행자 유무 및 보행자 수를 각각 파악하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 해당 보행자 신호등의 점소등 시간을 계산하여 보행자 신호등의 동작을 제어하게 된다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 3방향 교차로와 5방향 교차로 등 종래 모든 교차로에 주제어장치와 독립적으로 설치되어 그 동작이 주제어장치와 연동되어 각 보행자 신호등의 점소등을 제어하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 개념적인 블록 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 보행자 신호등 제어장치(300)는 횡단보도를 횡단하기 위하여 보행자 대기영역(400)에 대기하는 보행자를 촬영하여 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하는 영상검지부(330)와, 상기 영상검지부(330)에 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 요청하여 전송받고 대기 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 신호등 점소등 시간을 계산하는 중앙제어부(320)와, 주제어장치(100)로부터 전송되는 신호등 제어신호를 전송받아 중앙제어부(320)에 전송하고 중앙제어부(320)로부터 전송되는 보행자 신호등 점소등 시간에 따라 보행자 신호등 점소등 제어신호를 생성하여 보행자 신호등(200)에 전송하는 신호처리부(310)를 포함하여 이루어진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 구성도이고, 도 4는 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 상세 블록 구성도이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치(300)의 신호처리부(310)에는 주제어장치(100)로부터 전송되는 신호등 제어신호를 각각 수신하여 감지하고 각각의 보행자 신호등(210)에 제어신호를 전송하는 다수의 신호처리기(311)가 구비된다.
상기 신호처리기(311)에는 주제어장치(100)로부터 수신되는 신호등 제어신호를 감지하고 이를 중앙제어부(320)에 전송하는 신호감지모듈(311a)과, 상기 중앙제어부(320)로부터 전송되는 보행자 신호등 점소등 시간에 따라 녹색 보행자 신호등 및 적색 보행자 신호등을 제어하는 신호등 제어신호를 생성하는 신호처리모듈(311b)과, 상기 신호처리모듈(311b)을 통하여 생성되는 신호등 제어신호를 발생시켜 보행자 신호등(200)에 전송하는 신호발생모듈(311c)과, 중앙제어부(320)와의 통신을 통한 통신모듈(311d)이 구비된다.
상기 영상검지부(330)에는 횡단보도의 인도측에 각각 설정되는 보행자 대기영역(400)을 촬영하는 다수의 카메라(332)와, 상기 카메라(332)를 통하여 촬영되는 영상을 분석하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하는 다수의 영상검지기(331)가 구비된다. 상기 카메라(332)는 각 횡단보도 양측에 각각 설치되는데, 하나의 카메라(332)를 통하여 촬영되는 보행자 대기영역(400)은 카메라 수와 동일하다. 예를 들면 4방향의 교차로에 설치되는 카메라(332)를 통하여 촬영되는 보행자 대기영역(400)은 각 횡단보도의 양측에 2개씩 설정되어 4방향의 교차로에는 총 8개의 보행자 대기영역(400)이 설정된다. 상기 영상검지기(331)는 중앙제어부(320)와의 통신을 위한 통신모듈(331a)과, 상기 통신모듈(331a)을 통하여 수신되는 중앙제어부(320)의 요청 신호에 따라 카메라(332)로부터 전송되는 영상을 분석하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하여 통신모듈(331a)을 통하여 중앙제어부(320)에 전송하는 영상처리모듈(331b)과, 상기 카메라(332)를 통하여 촬영된 영상 중 영상처리모듈(331b)을 통하여 분석되어야 하는 영역을 설정하는 영역지정모듈(331c)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 영상검지기(331)에는 카메라(332)로부터 촬영되는 영상을 디스플레이하는 모니터가 구비되어 관리자가 이 모니터에 디스플레이되는 영상을 확인하면서 상기 영역지정모듈(331c)에서 제공하는 영역 설정 기능에 따라 마우스나 키보드 등의 인터페이스를 이용하여 직접 영역을 다각형으로 설정할 수 있도록 한다.
상기 중앙제어부(320)는 신호처리부(310) 및 영상검지부(330)를 포함하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치(300)의 전체적인 동작을 제어하는 장치로서, 이 중 앙제어부(320)에는 신호처리부(310) 및 영상검지부(330)와의 통신을 위한 통신모듈(322)과, 대기 보행자 유무 및 보행자 수 등의 조건에 따라 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 구동 프로그램 및 각 설정 데이터가 저장되는 메모리(323)와, 시간이나 계절 등의 영상처리 관련 파라미터를 설정하여 영상검지부(330)에 전송하는 환경설정모듈(324)과, 시간을 측정하고 계산하기 위한 클럭 신호를 발생시키는 클럭발생기(325)와, 외부로부터 입력되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 공급하는 AC/DC 컨버터(326)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 중앙처리모듈(321)을 포함하여 이루어진다. 상기 중앙처리모듈(321)은 메모리(323)에 구비된 프로그램을 실행하여 통신모듈(322)을 통하여 영상검지부(330)에 대기 보행자 정보를 요청하여 전송받고 이에 따라 보행자 신호등 점소등 시간을 계산하여 신호처리부(310)에 전송하게 되는데, 상기 메모리(323)는 중앙처리모듈(321)에 내장될 수 있다.
즉, 상기 중앙처리모듈(321)은 신호처리기(311)의 신호감지모듈(311a)로부터 전송되는 주제어장치(100)의 제어신호를 분석하여 보행자 횡단 안전시간을 파악하고, 영상검지기(331)로부터 전송되는 대기 보행자 유무 및 보행자 수 정보를 분석하여 상기 보행자 횡단 안전시간 내에서 녹색 및 적색 신호등이 점등되어야 하는 시간을 계산하여 신호처리모듈(311b)에 전송하게 된다. 상기 보행자 횡단 안전시간은 보행자가 횡단보도를 건너도 직진 또는 좌회전하는 차량과 충돌하지 않는 시간을 의미한다.
상기 중앙제어부(320)의 통신모듈(322)과 영상검지기(331)의 통신모듈(331a) 및 신호처리기(311)의 통신모듈(311d)은 RS-232C 시리얼 통신을 통하여 상호 데이 터를 송수신하게 된다.
이하에서는 상기의 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 동작 과정에 대하여 설명한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 신호처리부에 수신되는 주제어장치의 제어신호 일례를 나타낸 것이고, 도 5b는 신호처리부를 통하여 보정되는 제어신호의 일례를 나타낸 것이다.
주제어장치(100)로부터 전송되는 보행자 신호등 제어신호는 신호처리부(310)의 신호처리기(311)에 구비된 신호감지모듈(311a)에 의해 감지되는데, 이 신호감지모듈(311a)은 주제어장치(100)로부터 전송되는 신호를 감지하여 신호처리모듈(311b)에 전송한다.
이때, 신호감지모듈(311a)에 의해 감지되는 제어신호는 신호전달 과정에서 지연이 발생하여 도 5a와 같이 상단의 녹색 보행자 신호등 제어신호와 하단의 적색 보행자 신호등 제어신호가 겹쳐지는 현상이 발생할 수 있다. 신호감지모듈(311a)에 의해 도 5a에서와 같이 같은 시간대에 신호가 겹쳐지는 것이 파악되면, 신호감지모듈(311a)은 도 5b에 도시된 바와 같이 겹치는 시간만큼 하단 제어신호의 발생시간을 지연하여 겹치는 구간을 제거하게 된다.
도 6은 4방향 교차로의 신호등 설치 일례를 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 4방향의 교차로에는 각 횡단보도에 보행자 신호등이 설치되고, 도로 상부에 운전자 신호등이 각각 설치된다. 도 6에 도시된 각 신호등은 "방향_종류"의 형태로 표시되었는데, 방향의 경우 S는 남쪽, N은 북쪽, W는 서쪽, E는 동쪽 방향을 나타내며, 종류의 경우 차량신호의 Red는 적색 신호, Yellow는 황색 신호, Arrow는 좌회전 신호, Green는 녹색 신호를 나타내며, 보행자 신호의 경우 Stop은 적색 신호, Walk는 녹색 신호를 나타낸다. 이때, 방향은 차량 신호등의 경우 차가 오는 방향을 표시한 것으로, 서쪽에서 동쪽으로 향하는 차가 보게 되는 신호의 방향이 W이며, 보행자 신호등의 경우 서쪽에 위치한 횡단보도에서 동작하는 보행자 신호등의 방향이 W로 표시된다.
도 7a와 도 7b는 상기 도 6에 도시된 4방향 교차로의 차량 신호등의 점소등일례를 나타낸 것이다.
도 7a는 남쪽(S)에서 진입하는 차량과 서쪽(W)에서 진입하는 차량의 녹색 신호등이 좌회전 및 직진 동시 신호 후 직진 신호가 점등되는 경우이고, 북쪽(N)에서 진입하는 차량과 동쪽(E)에서 진입하는 차량의 녹색 신호등이 직진 후 직진 및 좌회전 신호인 것을 나타낸다.
또한, 도 7b는 모든 방향의 차량 녹색 신호등이 좌회전 및 직진 동시 신호인 것을 나타낸 것으로, 황색 신호가 점등되는 구간은 녹색 및 좌회전 신호의 점등 구간과 겹쳐질 수 있고 녹색 신호가 끝난 후 점등될 수도 있다.
도 8은 주제어장치의 전체 신호 주기 중 보행자가 횡단보도를 안전하게 횡단할 수 있는 보행자 횡단 안전시간 일례를 나타낸 것이다.
도 8에서 전체 신호 주기(P)에서 실제로 녹색 보행자 신호등이 점등되어 보행자가 건너도 다른 차량 신호등과 충돌이 없는 보행자 횡단 안전시간을 d_Safe Time(Pedestrian Safe Time)으로 표시하였는데, 여기에서 d는 방향을 나타낸다. 즉, 이 d_Safe Time은 해당 횡단보도로 직진이나 좌회전하여 진입하는 차량이 없는 시간으로서, 녹색 보행자 신호등이 점등하여 보행자가 횡단보도를 건너더라도 차량과 충돌이 없는 안전한 시간을 의미한다. 본 발명의 실시예에서는 이 d_Safe Time 내에서 대기 보행자의 유무 및 보행자 수에 따라 실제 녹색 보행자 점등되는 시간을 결정하게 된다.
도 8에서, Dd는 d방향의 보행자가 횡단보도를 건너기 위해 필요한 최소한의 시간을 나타내고, TS d는 d_Safe Time의 시작을 나타내며, TM d는 d_Safe Time 내에서 보행자가 횡단보도를 건너기 위해 녹색 보행자 신호등이 점등되어야 하는 시간을 나타내고, TE d는 d_Safe Time의 끝을 나타낸다.
도 9a와 도 9b는 상기 도 7a 및 도 7b에 도시된 차량 신호등이 점소등될 때의 d_Safe Time을 나타낸 것이다.
일반적으로 교차로에서 해당 횡단보도의 녹색 보행자 신호등이 점등되는 시 간은 d_Safe Time 내에서 특정 구간으로 정해진다. 즉, d_Safe Time 모두에 걸쳐 점등되는 것이 아니라 d_Safe Time 중 미리 설정된 특정 구간에서만 점등이 이루어지게 된다.
본 발명에서는 녹색 보행자 신호등의 점등시간이 d_Safe Time 내에서 고정된 특정 구간을 벗어나, 신호를 대기하는 보행자의 유무와 보행자 수에 따라 점등시간이 계산되어 유동적으로 변화게 된다. 이때, 보행자가 횡단보도를 건너기 위해 필요한 최소한의 시간(Dd)을 고려하여 녹색 보행자 신호등의 점등시간이 이 Dd보다 커지도록 설정되어야 한다. 만약, 도 8에서 TM d 이후에 녹색 보행자 신호등이 점등된다면 보행자가 횡단보도를 다 건너기 전에 적색 보행자 신호등이 점등되어 위험한 상황이 연출될 수도 있기 때문이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 녹색 보행자 신호등의 점소등이 제어되는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 10의 설명은 도 8에 도시된 한주기를 기준으로 설명한다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 보행자 대기 영역에서 일정시간 이상 대기하는 보행자를 단순히 보행자 대기 영역을 지나가는 행인과 구분하여 신호 대기 보행자로 인식하게 되는데, 신호 대기 보행자로 인식되기 위한 보행자 대기영역에서 대기시간은 t0로 설정된다.
단계 S100 : 먼저, 신호처리부(310)는 주제어장치(100)로부터 전송되는 보 행자 신호등 제어신호를 전송받아 한 주기의 시작을 감지하게 된다. 본 발명에서 한주기라 함은 교차로에 설치된 모든 신호등이 1회 점소등 되는데 소요되는 시간 주기를 의미하며, 한 주기가 시작되면 시간 t를 0으로 초기화한 후 이 후 시간을 측정하게 된다.
단계 S110, S111 : 신호처리부(310)는 한 주기가 시작된 후 시간을 측정하여 해당 녹색 보행자 신호등이 점등되어도 안전이 확보될 수 있는 d_Safe Time의 시작 시간인 TS d와 비교하게 되는데, 이때 대기 보행자로 인식되기 위한 대기시간 t0를 고려하여 측정되는 시간 t는 TS d-t0와 비교된다(S110). 측정되는 시간 t가 TS d-t0에 도달하기 전까지는 적색 보행자 신호등이 점등되고 녹색 보행자 신호등이 소등된 상태를 유지하게 된다(S111).
단계 S120, S121 : 측정되는 시간 t가 TS d-t0에 도달하면, 중앙제어부(320)는 영상검지부(330)를 통하여 파악되는 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 확인하게 되는데(S120), 보행자가 존재하지 않는 경우에는 시간을 계속 측정하면서 측정되는 시간 t를 보행자로 인식되기 위한 대기시간 t0를 고려하여 보행 최소 안전시간을 확보할 수 있는 TM d-t0와 비교하게 된다(S121). 만약, 시간 t가 TM d-t0에 도달할 때까지도 대기 보행자가 존재하지 않는 경우에는 단계 S170에서 적색 보행자 신호등이 점등되고 녹색 보행자 신호등이 소등되는 상태를 계속 유지하게 된다. 즉, 대기 보행 자가 없는 경우에는 녹색 보행자 신호등이 점등되지 않는다.
단계 S130 : 대기 보행자가 존재하는 경우에는, 보행자의 대기시간이 보행자로 인식되기 위한 t0 동안 지속되는지 판단한다. 이는 보행자의 대기시간이 t0 보다 작은 경우 해당 보행자를 대기영역을 지나가는 일반 행인으로 판단하여 보행자 신호등의 점소등에 영향을 미치지 않도록 하기 위함이다.
단계 S140 : 보행자의 대기시간이 t0 에 도달하게 되면 해당 보행자는 보행자 신호등을 대기하는 대기 보행자로 판단되며, 이에 따라 파악되는 대기 보행자의 수와 현재시간부터 녹색 보행자 신호등이 소등되어야 하는 시간인 TE d 까지 남은 시간을 고려하여 녹색 보행자 신호등의 점등이 지속되어야 하는 시간을 계산하고, 이에 따라 녹색 보행자 신호등이 소등되어야 하는 시간인 teq를 계산하게 된다. 이 teq는 보행자 수가 많을수록, TE d 까지 남은 시간이 많을수록 비례하여 증가하도록 설정된다.
단계 S150, S160 : teq가 결정되면 녹색 보행자 신호등이 점등되고 적색 보행자 신호등이 소등되어 보행자가 횡단보도를 건널 수 있도록 한다(S150). 상기 녹색 보행자 신호등의 점등은 시간이 teq에 도달할 까지 유지된다(S160).
단계 S170 : 시간이 teq에 도달하게 되면, 녹색 보행자 신호등이 소등되고 적색 보행자 신호등이 점등되어 보행자가 횡단보도를 건널 수 없도록 한다.
단계 S180, S190 : 시간이 TE d에 도달하게 되면 d_Safe Time이 경과되었음을 판단하고(S180), 이후 한 주기가 끝나는 시점을 감지하게 된다(S190). 상기 한 주기의 끝은 측정되는 시간을 한 주기 끝으로 설정된 시간과 비교하여 판단하게 된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 보행자 수에 따라 결정되는 보행자 녹색 신호등 점등시간을 계산하기 위한 개념도이다.
도 11에서, 보행자가 평보로서 약 60∼70㎝의 보폭으로 횡단보도를 건널 때의 평균 속력(약 4㎞/h)을 Vh라 하고, 횡단보도의 양 끝단 사이의 거리를 LPed라 하며, 횡단보도의 폭을 Wped라 하고, 보행자 사이의 폭의 wp라 가정한다.
또한, 횡단보도를 건너는 사람이 많을 때 앞사람과 뒷사람 사이의 평균 거리를 lp라 하고, 보행자가 횡단보도를 건너는 데 걸리는 평균시간을 tori라 하며, 두 사람 사이의 간격을 가는데 걸리는 평균 시간을 th라 가정하고, tori 시간내에 횡단보도의 폭에 일렬로 서서 횡단보도를 횡단할 수 있는 최대 인원을 NWped라 가정하면 다음의 수학식 1 내지 수학식 3이 성립된다.
Figure 112008027492590-PAT00001
Figure 112008027492590-PAT00002
Figure 112008027492590-PAT00003
도 11에서, "(A)대기영역"에서 대기중인 보행자 수가 Nped 명일 때, Nped 명이 "(A)대기영역"에서 "(B)대기영역"으로 건널 때 거리는 시가 tq는 다음의 수학식 4에 의해 결정된다.
Figure 112008027492590-PAT00004
따라서, 상기 수학식 4와 같이 결정되는 보행시간에 보행 안전 시간인 d_Safe Time 내에서의 잔여 시간을 반영하게 되면, 녹색 신호등의 점등지속 시간을 결정할 수 있게 되고, 이에 따라 녹색 신호등의 소등시간 teq가 결정될 수 있다.
한편, 중앙제어부(320)는 영상검지부(330)를 통하여 파악되는 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 신호등 점소등 시간 정보를 신호처리부(310)에 전송하게 되는데, 영상검지부(330)에 오류가 발생하여 정상적으로 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하지 못하는 경우 중앙제어부(320)는 신호처리부(310)에 이러한 오류 정보를 전송하게 된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 중앙제어부로부터 오류 정보가 전송되는 경우 신호처리부의 제어신호 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S200 : 중앙제어부(320)는 영상검지부(330)로부터 대기 보행자 유무 및 보행자 수 등의 대기 보행자 정보를 수신하게 된다.
단계 S210, S211 : 만약, 영상검지부(330)가 고장이나 오류 등에 따라 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 정상적으로 파악하지 못하는 경우 중앙제어부(320)는 신호처리부(310)에 오류 정보를 전송하게 되고(S210), 신호처리부(310)는 중앙제어부(320)로부터 오류 정보가 수신되면 보행자 신호등을 제어하기 위한 별도의 과정을 수행하지 않고 주제어장치(100)로부터 전송되는 보행자 신호등 제어신호를 그대로 보행자 신호등(200)에 전송하게 된다(S211). 즉, 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치(300)에 오류가 발생하더라도 최소한 종래 주제어장치(100)에 의한 보행자 신호등 제어 과정이 정상적으로 동작하도록 함으로써 보행자 신호등의 구동이 정지되는 상황을 피할 수 있도록 한다.
단계 S220, S230 : 만약, 중앙제어부(320)가 영상검지부(330)로부터 정상적인 대기 보행자 정보를 수신하였다면(S210), 중앙제어부(320)는 도 10과 도 11에서 설명하였던 바와 같이 대기 보행자의 유무와 보행자 수 등의 대기 보행자 정보와 d_Safe Time 내의 잔여시간 등을 고려하여 보행자 신호등의 점소등 시간을 계산하여 신호처리부(310)에 전송하게 되고(S220), 신호처리부(310)는 중앙제어부(320)로 부터 전송되는 보행자 신호등 점소등 시간에 따라 신호등 제어 신호를 생성하여 해당 보행자 신호등(200)으로 전송되게 된다(S230).
단계 S240 : 상기의 과정은 시스템이 종료될 때까지 반복 수행된다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 영상검지부를 통하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수가 파악되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S300 : 영상검지부(330)는 중앙제어부(320)로부터 대기 보행자 정보 요청이 수신되는 경우 대기 보행자 정보를 파악하게 된다.
단계 S310 : 중앙제어부(320)로부터 대기 보행자 정보 요청이 수신되면, 영상검지부(330)의 영상검지기(331)는 각 대기 영역별 카메라(332)를 통하여 촬영되는 영상정보를 수신하게 된다.
단계 S320, S330 : 카메라(332)로부터 영상정보를 수신하는 영상검지기(331)는 수신된 영상정보 중 영역지정모듈(331c)에 의해 설정된 영역에 해당되는 영상정보를 영상처리모듈(331b)을 통하여 분석 처리하는 영상처리 과정을 수행한다(S320). 즉, 영상처리모듈(331b)은 카메라(332)로부터 수신된 영상정보 중 영역지정모듈(331c)에 의해 설정된 영역 부분만을 선별한 후, 해당 영역 부분에 포함된 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 인식하는 영상처리 과정을 수행하게 된다. 상기 영상처리 과정을 통하여 영역내 대기중인 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하게 된다(S330).
단계 S340, S350 : 파악된 대기 보행자 정보는 영상검지기(331)의 통신모 듈(331a)을 통하여 중앙제어부(320)에 전송되며(S340), 이러한 상기의 과정은 시스템이 종료될 때까지 반복 수행된다(S350).
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 카메라를 통하여 촬영되는 영상 중 영상처리가 수행되는 영역이 설정되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S400, S410 : 먼저, 보행자가 대기하는 대기영역을 촬영하기 위하여 카메라(332)를 설치한 후(S400), 카메라(332)를 영상검지기(331)에 연결한다(S410).
단계 S420 : 카메라(332)와 영상검지기(331)가 연결된 후 영상검지기(331)의 모니터를 통해 디스플레이되는 카메라(332)의 쵤영 영상을 확인하면서 카메라(332)의 촬영 영역이 보행자 대기 영역을 포함하도록 카메라(332)의 위치를 조절하게 된다(S420).
단계 S430 : 카메라(332)의 위치가 조절된 후, 영상검지기(331)의 영역지정모듈(331c)을 통하여 불필요한 영역이 제외된 영상 처리가 수행되는 보행자 대기 영역만을 다각형 영역으로 설정하게 되는데, 이때 다각형 영역 설정은 마우스나 키보드 등의 인터페이스를 이용하여 이루어지게 된다(S430).
한편, 시간과 계절 등에 따라 밝기 등 환경적 특성이 달라지기 때문에 영상검지부(330)에서 영상촬영 및 영상처리 관련 파라미터가 적절히 변경되는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 환경 변화에 따른 파라미터 설정 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S500 : 본 발명에 따른 영상검지부(330)의 영상촬영 및 영상처리 파라미터 설정은 중앙제어부(320)의 제어에 의해 자동으로 수행되는데, 만약 사용자에 의해 파라미터 설정이 강제 종료되는 경우에는 파라미터 설정이 종료된다.
단계 S510 : 중앙제어부(320)의 환경설정모듈(324)은 영상검지부(330)의 파라미터 설정을 위하여 날짜에 따라 일출시간과 일몰시간을 계산하고, 시간에 따른 외부 밝기와 빛의 방향을 계산하게 된다.
단계 S520 : 외부 밝기와 빛의 방향이 계산되면 이에 따라 기설정된 파라미터 설정을 인출하여 영상검지부(330)에 전송하게 되고, 영상검지부(330)는 수신되는 파라미터 설정에 따라 자동으로 영상 촬영 및 영상처리 파라미터가 설정된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치는 보행자 대기 영역을 촬영하는 카메라의 영상정보를 분석하여 대기 보행자의 유무 및 보행자 수를 파악하고, 파악된 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 유동적으로 보행자 신호등의 점소등을 제어하게 된다.
도 1은 본 발명에 따라 2방향 횡단보도에 설치된 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 설치 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 개념적인 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 인공지능 보행자 신호등 제어장치의 상세 블록 구성도,
도 5a는 본 발명에 따라 신호처리부에 수신되는 주제어장치의 제어신호 일례,
도 5b는 본 발명에 따라 신호처리부를 통하여 보정되는 제어신호의 일례,
도 6은 4방향 교차로의 신호등 설치 일례,
도 7a와 도 7b는 상기 도 6에 도시된 4방향 교차로의 차량 신호등의 점소등일례,
도 8은 주제어장치의 전체 신호 주기 중 보행자가 횡단보도를 안전하게 횡단할 수 있는 보행자 횡단 안전시간 일례,
도 9a와 도 9b는 상기 도 7a 및 도 7b에 도시된 차량 신호등이 점소등될 때의 d_Safe Time 일례,
도 10은 본 발명에 따라 녹색 보행자 신호등의 점소등이 제어되는 과정을 나타낸 흐름도,
도 11은 본 발명에 따라 보행자 수에 따라 결정되는 보행자 녹색 신호등 점등시간을 계산하기 위한 개념도,
도 12는 본 발명에 따라 중앙제어부로부터 오류 정보가 전송되는 경우 신호처리부의 제어신호 처리 과정을 나타낸 흐름도,
도 13은 본 발명에 따른 영상검지부를 통하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수가 파악되는 과정을 나타낸 흐름도,
도 14는 본 발명에 따라 카메라를 통하여 촬영되는 영상 중 영상처리가 수행되는 영역이 설정되는 과정을 나타낸 흐름도,
도 15는 본 발명에 따른 환경 변화에 따른 파라미터 설정 과정을 나타낸 흐름도이다.

Claims (11)

  1. 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 장치에 있어서,
    교통신호기의 주제어장치(100)와 보행자 신호등(200)과 데이터 송수신이 가능하도록 독립적으로 설치되어, 횡단보도를 횡단하기 위해 대기하는 대기 보행자의 유무 및 보행자 수를 파악하여 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 보행자 횡단 안전시간 내에서 보행자 신호등의 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등을 유동적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보행자 신호등 제어장치(300)는
    횡단보도를 횡단하기 위해 보행자 대기영역(400)에 대기하는 보행자의 유무 및 보행자 수를 파악하는 영상검지부(330)와;
    상기 영상검지부(330)로부터 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 전송받아, 보행자 횡단 안전시간 내에서 보행자 유무 및 보행자 수에 따라 해당 보행자 신호등 점소등 시간을 계산하는 중앙제어부(320)와;
    상기 중앙제어부(320)로부터 전송되는 보행자 신호등 점소등 시간에 따라 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등 제어신호를 생성하여 해당 보행자 신호등(200)에 전송하는 신호처리부(310);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 신호처리부(310)는
    상기 주제어장치(100)로부터 전송되는 보행자 신호등 제어신호를 수신하여 감지하는 신호감지모듈(311a)과;
    상기 신호감지모듈(311a)에 의해 감지되는 보행자 신호등 제어신호를 중앙제어부(320)에 전송하고, 중앙제어부(320)로부터 계산되어 전송되는 보행자 신호등 점소등 시간에 따라 보행자 신호등 제어신호를 생성하는 신호처리모듈(311b)과;
    상기 신호처리모듈(311b)로부터 전송되는 보행자 신호등 제어신호에 따라 녹색 보행자 신호등과 적색 보행자 신호등의 점소등을 제어하는 신호를 해당 보행자 신호등(200)에 전송하는 신호발생모듈(311c);이 구비된 다수의 신호처리기(311)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 신호처리부(310)의 신호처리기(311)는 하나의 횡단보도에 대하여 하나씩 설치되어, 횡단보도의 수에 따라 그 수가 확장되어 설치됨으로써 다양한 형태의 교차로에 적용될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 신호처리부(310)는 중앙제어부(320)로부터 오류 정보가 수신되면 주제어장치(100)로부터 수신되는 보행자 신호등 제어신호를 보행자 신호등(200)에 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 중앙제어부(320)는 영상검지부(330)로부터 전송되는 대기 보행자 유무 정보에 대기 보행자가 없는 경우 보행자 횡단 안전시간 동안에도 녹색 보행자 신호등의 점등이 이루어지지 않도록 하고, 보행자 수가 많을수록 보행자 횡단 안전시간 범위 내에서 녹색 보행자 신호등의 점등시간이 증가하도록 보행자 신호등 점소등 시간을 계산하여 신호처리부(310)에 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 영상검지부(330)는
    횡단보도의 양측에 설치되어 보행자 대기영역(400)을 촬영하는 다수의 카메라(332)와,
    상기 카메라(332)를 통하여 촬영된 영상정보를 분석하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하여 중앙제어부(320)에 전송하는 다수의 영상검지기(331)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 영상검지기(331)는 카메라(332)를 통하여 촬영되는 보행자 대기영역(400)에 대기하는 보행자의 대기시간을 측정하여 대기시간이 기 설정된 일정시간 이상인 경우 대기 보행자로 파악하는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 영상검지기(331)는
    상기 카메라(332)를 통하여 촬영되는 영상정보 중 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하기 위한 분석 대상 영역을 설정하는 영역지정모듈(331c)과;
    상기 카메라(332)로부터 촬영된 영상정보를 전송받아 상기 영역지정모듈(331c)에 의해 설정된 분석 대상 영역 내의 영상정보를 영상처리를 통하여 분석하여 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 파악하는 영상처리모듈(331b)과;
    상기 영상처리모듈(331b)에 의해 파악된 대기 보행자 유무 및 보행자 수를 중앙제어부(320)에 전송하는 통신모듈(331a);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 영역지정모듈(331c)에 의해 설정되는 분석 대상 영역은 다각형 영역 형태로 설정되는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 중앙제어부(320)에는 날짜와 시간에 따른 외부 밝기와 빛의 방향을 계산하여 상기 영상검지부(330)에 영상촬영 및 영상처리 파라미터를 설정하여 전송하는 환경설정모듈(324)이 구비되는 것을 특징으로 하는 인공지능 보행자 신호등 제어장치.
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