KR20110081636A - 터널교통 상황정보 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 터널 내부의 도로에 매설 또는 부착 또는 부착되되, 상기 도로 위를 이동하는 차량을 인식하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈과, 상기 다중센서 모듈을 통해 검지된 정보를 송신하는 센서통신 모듈A를 포함하는 센서노드; 상기 센서통신 모듈A로부터 검지된 정보를 수신하는 센서통신 모듈B와, 상기 센서통신 모듈B를 통해 수신한 정보를 송신하는 복합 유무선통신 모듈을 포함하는 게이트웨이; 및 상기 복합 유무선통신 모듈에서 전송한 정보를 수신하는 무선통신 모듈과, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신한 정보를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도, 차량 진행방향에 관한 교통상황정보를 연산하는 연산모듈과, 상기 연산모듈에서 연산된 교통상황정보를 실시간으로 표시부에 출력하는 교통상황정보 출력모듈, 상기 연산모듈에서 연산된 교통상황정보 데이터값이 미리 설정된 임계기준 범위에 포함될 경우, 상기 터널 내부의 전체구간을 촬영대상으로 하는 영상획득 수단을 가동시켜 상기 터널 내부 및 차량의 영상을 획득하는 영상검지 모듈을 포함하는 메인서버;를 포함하여 구비되는 터널교통 상황정보 시스템이 개시된다.

Description

터널교통 상황정보 시스템{Traffic Surveillance Detection System in a Tunnel}
본 발명은 터널교통 상황정보 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 내부에서 발생할 수 있는 교통정체 및 교통사고 등의 교통상황을 자동으로 감지하여, 터널 내부로 진입하는 후속차량 또는 원거리의 운전자/관리자에게 알려줌으로써 안전사고 또는 제2의 교통사고 등을 미연에 방지할 수 있는 터널교통 상황정보 시스템에 관한 것이다.
근래에 들어 고속도로 교통사고는 줄어들지 아니하고 있고 터널 내에서의 차량사고 발생 가능성은 더욱 증가되고 있다. 특히, 터널 내에서 차량사고가 발생하게 되면 후속차량에 의한 제2의 교통사고가 날 가능성이 많아 연쇄 추돌사고의 위험이 항상 내재되어 있는 실정이다.
도로 상에 형성된 터널은 외부 환경과 독립된 환경 속에 있기 때문에, 운전자 또는 터널 관리자가 터널 내부로 이동하여 터널 내부의 환경을 직접 관찰하지 않고는 터널 내부의 환경, 예를 들면 공기 중 유해가스, 먼지 및 매연의 함량, 풍속의 변화 또는 화재발생의 여부 등을 판단하기가 매우 어려웠다.
이러한 이유로, 종래에는 운전자에게 터널의 전방 또는 입구에 터널이 있음을 환기시키기 위하여 터널 표지판 및 경보등을 설치하여 터널이 있음을 경고하였다.
그러나, 이러한 터널 표지판 및 경보등에 의해서는 터널의 존재를 운전자에게 알려 차량의 운행에 주의를 요하는 정보에 지나지 않았기 때문에 터널 내부에서 뜻하지 않는 교통사고가 일어날 경우에는 제2의 교통사고가 일어날 확률이 더욱 높았으며, 특히나 차량 통행이 뜸한 지역에서는 운전자로 하여금 무관심을 유발시켜 차량이 터널 내로 진입한 이후 터널 내의 연쇄 추돌사고의 위험성이 항상 존재하고 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 터널 내부를 소통하는 차량 대수, 차량 속도, 진행 방향 및 차량 소통상태 등의 교통상황정보를 정확하게 파악할 수 있으며, 차량 사고 발생시 상기 터널 내부의 영상을 즉시 확인할 수 있는 터널교통 상황정보 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널교통 상황정보 시스템은, 터널 내부의 도로에 매설 또는 부착되되, 상기 도로 위를 이동하는 차량을 인식하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈과, 상기 다중센서 모듈을 통해 검지된 정보를 송신하는 센서통신 모듈A를 포함하는 센서노드; 상기 센서통신 모듈A로부터 검지된 정보를 수신하는 센서통신 모듈B와, 상기 센서통신 모듈B를 통해 수신한 정보를 송신하는 복합무선통신 모듈을 포함하는 게이트웨이; 및 상기 복합무선통신 모듈에서 전송한 정보를 수신하는 무선통신 모듈과, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신한 정보를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도, 차량 진행방향, 사고유무 및 차량정체에 관한 교통상황정보 중 적어도 하나 이상의 교통상황정보를 연산하는 연산모듈과, 상기 연산모듈에서 연산된 교통상황정보를 실시간으로 표시부에 출력하는 교통상황정보 출력모듈, 상기 연산모듈에서 연산된 교통상황정보 데이터값이 미리 설정된 임계기준 범위에 포함될 경우, 상기 터널 내부의 전체구간을 촬영대상으로 하는 영상획득 수단을 가동시켜 상기 터널 내부 및 차량의 영상을 획득하는 영상검지 모듈을 포함하는 메인서버;를 포함한다.
여기서, 상기 게이트웨이가 상기 터널 내부에 위치할 경우, 상기 게이트웨이와 메인서버 간에 소통되는 정보를 중계하는 중계부가 상기 터널 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.
또한, 상기 영상획득 수단으로, 적외선 카메라가 이용될 수 있다.
또한, 상기 센서노드는, 상기 터널 내부의 각 차선별로 일정한 간격으로 매설 또는 부착되며, 상기 연산모듈은, 상기 센서노드에서 검지된 각 차선별 검지정보를 개별적으로 연산하여 상기 표시부에 각 차선별 교통상황정보를 출력할 수 있다.
또한, 상기 센서노드와 상기 게이트웨이는, 상기 센서노드와 상기 게이트웨이에 각각 구비된 센서통신 모듈A,B 사이의 지그비 등 근거리 무선 통신을 이용하여 정보를 송수신하며, 상기 게이트웨이와 상기 메인 서버는, 상기 게이트웨이의 복합 무선통신 모듈과 상기 메인 서버의 무선통신 모듈 사이의 광대역 무선 통신을 이용하여 정보를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 지자기 센서는 AMR 센서로서 X, Y, Z축으로 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 다중센서 모듈은, 상기 지자기 센서와, 상기 지자기 센서의 검지 환경에 따른 검지값 오차를 보상하는 보조 센서와, 상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화를 보상하는 보정 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보조 센서는 온도 센서, 습도 센서, 진동 센서 중 하나 이상을 포함하고, 상기 보정 센서는 경사 센서, 회전 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서노드에 포함되는 다중센서 모듈, 센서통신 모듈A 및 전원모듈은 센서 케이스 내부에 수용되어 지하에 매설 또는 부착되며, 상기 센서 케이스는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체와 상기 케이스 본체의 상부를 개폐하는 덮개로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 센서 케이스 본체의 수용 공간에는 전원모듈이 배치되고, 상기 다중센서 모듈과 센서통신 모듈A는 상기 덮개 하면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 덮개의 상면에는 차량 진행의 정방향 또는 역방향을 기준으로 하여 상기 다중센서 모듈이 배치되고, 상기 센서 케이스가 매설 또는 부착되도록 방향이 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 터널교통 상황정보 시스템에 의하면,
첫째, 터널 내부를 소통하는 차량 대수, 차량 속도, 진행 방향, 사고유무 및 차량정체 등의 교통상황정보를 정확하게 파악할 수 있으며, 차량 사고 발생시 상기 터널 내부의 영상을 즉시 확인할 수 있다.
둘째, 진행방향의 각 차선별 차량 이동 정보를 제공하므로, 운전자가 이를 미리 파악하여 차선 또는 경로를 변경함으로써, 도로 전반적으로 교통량이 분산되므로 차량소통에 기여할 수 있다.
셋째, 터널 내부 및 차량의 영상을 획득하는 수단으로 적외선 카메라가 이용될 수 있으므로, 터널 내의 화재발생으로 인한 연기, 또는 악천후에 의한 농무 등에 구애받지 않고 차량 내부의 차량 이동상태를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템을 구성하는 센서노드의 구성을 나타낸 제어블록도,
도 3a 및 도 3b는 각각 지자기 센서의 원리와, 차량이 지나간 후에 지자기의 변화로 인한 차량 인식 원리를 나타낸 개념도,
도 4a는 본 발명의 센서노드를 구성하는 지자기 센서 중 AMR센서의 측정결과와 측정 내용 사이의 관계를 보여주는 개략적인 개념도,
도 4b는 본 발명의 센서노드를 구성하는 지자기 센서 중 AMR센서의 측정가능 거리를 보여주는 개략적인 개념도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 센서노드가 설치된 매립 케이스의 개략적인 사시도 및 분해사시도,
도 6은 본 발명의 시스템을 구성하는 게이트웨이의 개략적인 구성을 나타낸 제어블록도,
도 7은 본 발명의 시스템을 구성하는 메인서버의 개략적인 구성을 나타낸 제어블록도,
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 시스템에서 게이트웨이에 구비된 알림부의 작동 프로세스를 나타낸 순서도,
도 9는 본 발명의 시스템을 통해 수집된 교통상황정보의 현시 내용을 보여주는 개략적인 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 개념도, 도 2는 본 발명의 시스템을 구성하는 센서노드(10)의 구성을 나타낸 제어블록도, 도 3a 및 도 3b는 각각 지자기 센서의 원리와, 차량이 지나간 후에 지자기의 변화로 인한 차량 인식 원리를 나타낸 개념도, 도 4a는 본 발명의 센서노드를 구성하는 지자기 센서 중 AMR센서의 측정결과와 측정 내용 사이의 관계를 보여주는 개략적인 개념도, 도 4b는 본 발명의 센서노드를 구성하는 지자기 센서 중 AMR센서의 측정가능 거리를 보여주는 개략적인 개념도이다.
또한, 도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 센서노드(10)가 설치된 매립 케이스의 개략적인 사시도 및 분해사시도, 도 6은 본 발명의 시스템을 구성하는 게이트웨이(20)의 개략적인 구성을 나타낸 제어블록도, 도 7은 본 발명의 시스템을 구성하는 메인서버(30)의 개략적인 구성을 나타낸 제어블록도, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 시스템에서 게이트웨이(20)에 구비된 알림부의 작동 프로세스를 나타낸 순서도, 도 9는 본 발명의 시스템을 통해 수집된 터널교통 상황정보의 현시 내용을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템은, 센서노드(10), 게이트웨이(20) 및 메인서버(30)를 포함한다.
터널 도로의 바닥면에 매설 또는 부착된 센서노드(10)에서 터널 내부를 통과하는 차량을 인식하면 그 정보는 게이트웨이(20)로 전송되고, 메인서버(30)에서는 상기 게이트웨이(20)에서 전송된 정보에 따라서 영상획득 수단(36)을 동작시켜 터널 내부의 전체구간을 대상으로 비디오 영상을 획득하며, 센서노드(10)와 영상획득 수단(36)에서 획득한 정보를 기초로 하여 터널 내의 교통상황정보를 수집 및 연산한다.
이때, 센서노드(10)와 게이트웨이(20) 간의 정보 전송에는 지그비(ZigBee) 등의 근거리 무선 통신이 사용될 수 있으며, 게이트웨이(20)와 메인 서버(30) 간의 정보 전송에는 광대역 무선 통신이 사용될 수 있다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 센서노드(10)는, 터널 내부의 도로에 매설 또는 부착되되, 상기 도로 위를 이동하는 차량을 인식하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈(11)과, 상기 다중센서 모듈(11)을 통해 검지된 정보를 전송하는 센서통신 모듈A(12)와, 전원모듈(13) 및 센서 케이스(14)를 포함한다.
또한, 상기 다중센서 모듈(11)은 상기 차량을 인식할 수 있는 센서들을 포함하며, 대표적으로 지자기 센서가 사용된다.
차량이 도로에 정차하거나 도로를 통과하면 차량에 의해 지구자기장의 소밀도가 변하는데, 이러한 지구의 자기장의 변화를 지자기(地磁氣) 센서로 감지하여 차량을 인식할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에는 각각 지자기 센서 및 차량이 지나간 후에, 지자기의 변화로 인한 차량 인식 원리를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 먼저, 도 3a에서 VCC는 전원(전압), R1 및 R2는 각각 저항, GND는 그라운드 및 V_OUT은 출력 전압을 나타낸다. VCC에 전원을 인가하면 R1, R2의 저항값에 의해 VCC 전압이 분배되어 V_OUT(일정한 값)으로 출력되는데, R1은 지자기의 영향을 받지 않거나 적게 받는 저항이고(저항값이 변하지 않거나 미세하게 변함), R2가 자기장의 영향에 따라 저항값이 바뀌는 성질이 있으면(저항값 변함) 출력전압(V_OUT) 이 바뀌게 된다.
따라서, V_OUT의 변화량으로부터 자기장의 변화를 확인할 수 있다. 도 3b에는 이러한 지자기 센서를 이용하여, 차량을 인식하는 원리를 보여주는 개념도가 도시되어 있는데, 금속성분이 강한 부분에 자기장이 집중하는 지자기의 성질에 따라, 차량을 통과하는 지자기 밀도선의 소밀 정도가 다르게 나타난다. 구체적으로, 차량의 바퀴부분에는 지자기 밀도가 높고 다른 부분은 상대적으로 밀도가 낮아 차량의 바퀴를 인식할 수 있다.
차량이 지자기 센서 위를 지나가면 지자기 센서는 자기장의 변화를 도 3b의 하단 그래프와 같이 출력전압의 변화로 인식하게 된다.
지자기 센서는 종류에 따라서 검지 영역 범위(gauss)가 다양한데, 차량 인식에는 이방성 자기저항 센서(AMR : Anisotropic Magnetoresistive, 이하 AMR 센서)를 사용할 수 있다. 일반적으로 지구에서 발생하는 지자기 범위를 검지 영역에 포함하는 지자기 센서는, Squid, Fiber-Optic, Optically Pumped, Nuclear Procession, Search-Coil, Anisotropic Magnetoresistive(AMR) 및 Flux-Gate 등이 있다. 지구 자기장(Earth's Field)의 범위 뿐 아니라, 차량이 지나가면서 변할 수 있는 범위의 지자기까지 검지할 수 있는 지자기 센서 중, 경제성을 고려할 때 본 발명에서는 AMR(Anisotropic Magnetoresistive) 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 다중센서 모듈(11)은 지자기 센서와 상기 지자기 센서의 자세를 보정하는 보정 센서, 검지 조건에 따라서 지자기 센서의 검지값을 보정하는 보조 센서를 포함할 수 있다.
상기 AMR 센서는 도 4a에서 보듯이, X, Y, Z의 3축의 지자기 변화를 검지하도록 배치할 수 있다. Z축의 지자기 변화로 차량의 존재 유무 및 진행방향을 파악할 수 있고, X, Y 축의 변화로 차종을 파악하여 센서 2개를 이용하여 차량의 속도를 파악한다. Z축의 지자기 변화로는 차량의 존재 유무를 파악할 수 있고, Y축의 지자기 변화로는 차량의 진행방향을 확인할 수 있으며, X축의 지자기 변화로 차량의 크기를 파악할 수 있다.
구체적으로, 차량이 지나가며 Z축 방향의 지자기 변화가 감지되므로 Z축 방향의 지자기 변화를 시계열적으로 분석하여 차량을 검지할 수 있고, Z축 방향의 지자기 값이 "0"에서 양수가 된 경우를 정방향으로 볼 때, 0에서 음수가 된 경우를 역방향으로 분류하여, 차량의 진행방향을 확인할 수 있다.
또한, X, Y, Z축 방향의 지자기 값으로 차량의 넓이를 확인할 수 있으므로, 차량의 종류 식별이 가능하다. 한편, 하나의 센서노드(10)와 이에 인접한 다른 센서노드(10)에서 차량이 검지된 시각 및 센서노드(10) 사이의 거리를 분석하여 차량의 속도를 계산할 수 있다.
도 4b에는 AMR 센서의 검지 영역을 보여주는 그림이 도시되어 있는데, 차량이 통과하기 전에는 AMR 센서의 검지값이 일정 수준을 유지하는 초기화 상태이다.
이러한 초기화 상태는 AMR 센서가 매설 또는 부착 또는 부착된 위치로부터 반경 1.5m 이내의 영역 내에 차량이 없는 경우에 지속되며, 상기 영역 내에 차량이 존재하는 경우에 AMR 센서는 지자기 변화를 측정하는 검지 상태로 전환되어, 차량이 AMR 센서 매설 또는 부착 위치를 통과하기 0.5m 전부터 AMR 센서를 통과한 후 약 0.3m까지의 영역에서 지자기 변화량을 측정할 수 있다.
이때, 차량의 재질, 차량의 크기, 차체의 높이 및 차체 금속의 양 등에 따라 검지 거리가 달라지므로 상기한 차량 인식 반경이 모든 차량에 일률적으로 적용되는 것은 아니다. 이처럼, 차량이 지자기 변화량 측정 영역을 벗어나게 되면, AMR 센서는 휴면 상태가 되고, 다음 차량이 통과하기 전까지 초기화 상태를 유지하다가 검지 및 휴면 상태를 반복한다.
상기 AMR 센서 등의 지자기 센서로 차량의 존재, 진행방향, 크기를 식별할 수 있으나, 지자기 변화의 검지는 온도와 습도, 진동에 영향받으므로, 실제 검지 환경이 검지 기준 온도, 습도와 다르거나 진동이 있는 경우, 이를 보상함으로써 지자기 센서의 검지값을 보정하는 보조 센서인 온도 센서와 습도 센서, 진동 센서가 센서 모듈에 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 지자기 센서를 포함한 다중센서 모듈(11)이 터널 내부의 지하에 매설 또는 부착되는 경우, 상기 다중센서 모듈(11)에 경사나 회전이 발생할 수 있으며, 상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화로 인한 지자기 변화 검지값의 이상을 방지하기 위하여, 위치 및 자세 변화를 보상하기 위한 보정 센서가 상기 센서 모듈이 포함되는 것이 바람직하다.
이처럼, 3축 AMR 센서, 보조 센서, 보정 센서를 포함하는 다중센서 모듈(11)에서 검지된 결과값은 센서통신 모듈A(12)을 통하여 게이트 웨이(20)로 전송되며 게이트 웨이(20)에서 메인 서버(30)로 전송된다. 상기 센서노드(10)의 센서통신 모듈A(12)은 매립형 안테나로, 도 5a 및 도 5b에서 보듯이, 다중센서 모듈(11), 전원모듈(미도시)과 함께 센서 케이스(14)에 설치된다.
상기 센서 케이스(14)는 상술한 바와 같이 다중센서 모듈(11), 센서통신 모듈A(12) 및 전원모듈을 내부에 수용하며, 터널 내부 도로의 바닥 하면에 매설 또는 부착된다. 또한, 도시된 바와 같이, 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체(15)와 상기 케이스 본체(15)의 상부를 개폐하는 덮개(16)를 포함한다.
상기 센서 케이스(14)는 노상 하면에 매설 또는 부착되므로, 상기 전원모듈로 배터리를 사용하며, 부피가 큰 전원모듈은 상기 센서 케이스 본체(15)의 수용 공간에 배치되는 것이 바람직하고, 상기 다중센서 모듈(11)과 센서통신 모듈A(12)은 상기 덮개(16) 하면에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 덮개(16)의 상면에는 상기 지자기 센서에서 차량의 진행방향을 검지할 수 있도록, 차량 진행의 정방향 또는 역방향을 기준으로 하여 센서 케이스가 매설 또는 부착되도록 방향 표시를 하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 5a에는 덮개 상면에 화살표가 차량 진행의 정방향을 가리키도록 표시되어 있는데, 상기 화살표 방향에 맞추어 상기 지자기 센서의 Y축 (진행 방향 감지 축)이 위치하도록 상기 다중센서 모듈(11)을 배치한다.
이때, 상술한 바와 같이, 상기 센서 케이스(14)를 매설 또는 부착 후에 경사 또는 회전이 발생하는 등 최초 매설 또는 부착 자세 및 위치에서 벗어나는 경우에는 지자기 센서에서 검지한 결과값이 정확하지 않을 수 있으므로, 경사 센서, 회전 센서와 같은 보정 센서가 상기 다중센서 모듈(11)에 포함되는 것이 바람직하다.
도 6에는 게이트웨이(20)의 구조가 도시되어 있는데, 상기 게이트웨이(20)는 센서통신 모듈A(12)로부터 검지된 정보를 수신하는 센서통신 모듈B(22)와, 상기 센서통신 모듈B(22)를 통해 수신한 정보를 메인서버(30)의 무선통신 모듈(31)로 송신하는 복합무선통신 모듈(21)을 포함한다.
이러한 구성을 통해 상기 게이트웨이(20)는 상기 센서노드(10)로부터 차량 인식 정보를 전송받고, 이를 메인 서버(30)로 송신한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템을 구성하는 상기 게이트웨이(20)는 상기 다중센서 모듈(11)이 포함된 센서노드(10)로부터 지그비 및 근거리 무선 통신을 이용하여 지자기 변화 검지값을 수신한다.
또한, 상기 게이트웨이(20)와 상기 센서노드(10) 사이의 통신에는 단거리 지그비(ZigBee) 통신 및 근거리 무선 통신이 사용될 수 있으며, 상기 게이트웨이(20)는 인접한 여러 개의 센서노드(10)와 통신할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 게이트웨이(20)는 도시된 바와 같이, 상기 센서노드(10)의 센서통신 모듈A(12)과 정보를 송수신할 수 있는 센서통신 모듈B(22) 및 메인 서버(30)와 무선 통신을 통해 정보를 송수신할 수 있는 복합 무선통신 모듈(21)을 구비하는데, 상기 게이트웨이(20)는 센서노드(10)와는 지그비 및 근거리 무선 통신을 사용하여 데이터를 송수신하고, 다른 게이트웨이(20) 또는 메인 서버(30)와는 WiBro, Wi-Fi, Wi-MAX 등 광대역 무선통신이나 Ethernet을 사용하여 정보를 송수신함으로써 종류가 다른 네트워크 간의 통로 역할을 한다.
또한, 상기 게이트웨이(20)는 터널 내부에 위치할 경우, 상기 게이트웨이(20)와 메인서버(30) 간에 소통되는 정보를 중계하는 중계부(37)가 터널 내부 또는 외부에 구비되는 것이 바람직하다.
도 1에는 상기 게이트웨이(20)가 터널의 입구 주변에 장착되는 것으로 표현하였으나, 센서노드(10)가 설치되는 수량 및 설치 범위에 따라 상기 게이트웨이(20)가 장착되는 위치는 상기 터널의 전 구간 범위 내에서 달라질 수 있다.
따라서, 상기 게이트웨이(20)가 터널의 중앙에 위치하여 상기 메인서버(30)와의 무선통신에 제한될 경우 상기 중계부(37)를 데이터 중계를 이용하여 이를 극복할 수 있는 것이다.
한편, 도 7에는 본 발명의 메인 서버(30) 구조를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 상기 메인 서버(30)는 무선통신 모듈(31), 연산모듈(32), 교통상황정보 출력모듈(33) 및 영상검지 모듈(34)을 포함한다.
먼저, 상기 무선통신 모듈(31)는 게이트웨이(20)의 복합무선통신 모듈(21)에서 전송한 정보를 수신하며, 상기 연산모듈(32)은 상기 무선통신 모듈(31)을 통해 수신한 정보를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도 및 차량 진행방향, 사고유무 및 차량정체 등에 관한 교통상황정보를 연산한다.
또한, 상기 교통상황정보 출력모듈(33)는 상기 연산모듈(32)에서 연산된 교통상황정보를 실시간으로 표시부(35)에 출력하며, 상기 영상검지 모듈(34)은 상기 연산모듈(32)에서 연산된 교통상황정보 데이터값이 미리 설정된 임계기준 범위에 포함될 경우, 상기 터널 내부의 전체구간을 촬영대상으로 하는 영상획득 수단(36)을 가동시켜 터널 내부 및 차량의 영상을 획득한다.
여기서, 상기 영상획득 수단(36)으로, 적외선 카메라를 이용하는 것이 바람직하다. 따라서, 터널 내의 화재발생으로 인한 연기, 또는 악천후에 의한 농무 등에 구애받지 않고 차량 내부의 차량 이동상태를 확인할 수 있다.
또한, 상기 센서노드(10)는 터널 내부의 각 차선별로 매설 또는 부착될 수 있는데, 상기 연산모듈(32)은 상기 센서노드(10)에서 검지된 각 차선별 검지정보를 개별적으로 연산하여 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 터널의 내외부에 장착되는 표시부(35) 상에 실시간으로 출력할 수 있다.
그리고, 상기 임계기준 범위는, 영상획득 수단(36)이 가동되는 임계 기준 범위로서, 터널 내부를 이동하는 차량에 있어서 정상적인 차량운행 상태에 속하는 차량 진행방향 및 차량속도에 대한 사용자 설정 범위를 의미한다. 일반적으로 상기 터널의 내부를 이동하는 차량은 진출입 방향이 중앙선을 기준으로 정해져 있으며, 차량의 속도의 경우에는 해당 도로별로 최고 및 최저 제한속도가 정해져 있다. 즉, 상기 임계기준 범위는 차량의 정상적인 진행방향에 대하여 역방향으로 인정하는 기준범위이며, 제한속도에 대한 초과 불허용 범위를 의미한다.
따라서, 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템에서는, 터널 내부를 이동하는 차량 중 과속 차량 또는 역주행 차량 등이 발생하게 되면, 상기 센서노드(10)에 의하여 역방향 진행 및 과속 차량이 감지되며, 해당 정보가 게이트웨이(20)를 거쳐 메인서버(30)로 전송되면, 영상검지 모듈(34)에 의해 상기 영상획득 수단(36)이 가동되어 터널 내부 및 해당 차량의 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상획득 수단(36)의 촬영범위에 있어서, 상기 영상검지 모듈(34)은, 상기 역방향 진행 및 과속 차량이 감지하여 정보를 송신한 센서노드(10)를 역추적하여 해당 센서노드(10)에 가장 근접한 영상획득 수단(36)을 가동하여 해당 차량의 영상정보를 획득하는 것이 바람직하다.
더불어, 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템에서는 상기와 같은 역주행 차량 및 과속 차량의 검지뿐만이 아니라 터널 내에서 차량소통이 정체되는 현상 및 원인을 파악할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
일반적으로 터널 내에서 차량소통이 정체하게 되면, 상기 센서노드(10)의 위를 지나가는 차량의 속도는 극히 저감되거나 정지상태가 지속될 것이다. 따라서, 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템에서는, 차량소통의 정체기준 속도(예를 들면, 20km/h)를 미리 설정하여 상기 임계기준 범위 내에 포함시킴으로써, 상기 센서노드(10)가 이를 감지하여 영상획득 수단(36)에 의해 터널 내부 및 차량의 소통상태를 영상으로 확인할 수 있다.
따라서, 상기 터널 내부 및 차량의 소통상태에 대한 영상데이터를 확인 및 분석하여, 차량 추돌사고에 의한 정체인지 아니면 교통량 증가에 따른 정체인지를 명확하게 확인할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 터널교통 상황정보 시스템은, 정체, 서행 및 원활 등의 포괄적인 개념의 교통상황정보를 제공했던 종래의 시스템과는 달리, 상기와 같이 터널의 상기와 같이 각 차선별 교통상황정보를 사용자에게 디스플레이할 수 있으므로, 각 차선별 이동속도를 미리 파악하여 보다 통행이 원활한 차선으로 차선 변경함으로써, 도로의 차선 전체로 교통량을 분산시켜 전반적으로 교통소통을 원활하게 할 수 있으며, 사용자의 편의를 극대화하는 효과를 구현할 수 있다.
더욱이, 도 9a에 도시된 바와 같이, 상기 표시부(35)는 터널을 우회할 수 있는 우회도로에 도달하기 이전 장소에 설치됨으로써, 터널 내에서 추돌사고 발생의 경우와 같이 교통상태가 정체되거나 또는 정체되기 이전에 사용자가 이를 미리 파악하여 우회도로를 이용할 수 있도록 지원할 수 있다.
한편, 보다 구체적으로 메인서버(30)의 구성을 설명하면, 상기 무선통신 모듈(31)은 게이트웨이(20)의 복합 무선통신 모듈(21)로부터 지자기 변화 검지값과 영상 데이터를 수신하며, 상기 지자기 변화 검지값으로부터 차량을 인식하고, 차량을 식별할 수 있다.
이하에서는 지자기 센서의 3축 감지를 이용하여 수집할 수 있는 주정차 정보를 설명한다.
먼저 Z 축 방향 센서 검지값의 시계열적 분석을 통해 차량의 존재 여부 및 진행 방향을 검지할 수 있다. 또한, Z 축 방향 센서의 검지값이 임계치 이상이고 변화가 없는 경우, 차량이 주차 또는 정차 등과 같은 정지 상태에 있음을 판별할 수 있다.
또한, X 축 방향 센서 검지값의 분석을 통해 차량 진행방향에 수직한 차량의 폭을 계산할 수 있으므로, 차량의 크기를 확인할 수 있으며, 자세하게는 차종을 구별할 수 있다. 이와 같이, 차량의 크기나 차종을 구별함으로써 터널 내부로 진입하는 차종을 파악하여 각 차종별 교통량을 정확하게 산출할 수 있다.
또한, X, Y, Z 축의 데이터를 이용하여 차량의 패턴을 분석하고 이를 이용하여 차종을 분석할 수 있으므로 터널 내부로 진입하는 차종을 파악하여 각 차종별 교통량을 정확하게 산출할 수 있다.
이 밖에도, Z 축 방향 센서 검지값의 분석을 통해 차량의 진행 방향을 감지할 수 있으므로 차량 이동 공간에서의 반대 방향 진입이나 역주행으로 인한 사고를 방지할 수 있다.
한편, 인접한 지자기 센서의 검지값을 시계열적으로 분석하면 상기 지자기 센서가 매립된 도로 상면을 통과하는 차량의 속도를 계산할 수 있는데, 예를 들어 연속 배치된 지자기 센서 사이의 거리와 상기 양 지자기 센서에서 검지된 Z 축 방향의 지자기 변화 검지값을 이용하여 양 지자기 센서 사이의 거리를 통과하는 차량의 통과 시간을 확인할 수 있고, 이를 통해 차량의 속도를 계산할 수 있다. 이때, 상기 Z 축 방향의 지자기 변화 검지값을 통해 차량의 존재를 확인함으로써 차량의 통과 시간을 계산할 수도 있지만, Y 축 또는 X 축 방향의 지자기 변화 검지값 역시 차량의 존재를 감지하여 변화되므로, 양 지자기 센서에서 X (Y) 축 방향의 지자기 변화가 검지되는 순간 사이의 시간을 이용하여 상기 차량의 속도를 계산하는 것도 가능하다. 즉, 상기 지자기 센서는 초기화 상태에서 차량이 검지 영역 내로 들어오면 검지 상태로 전환되는데, 인접한 지자기 센서를 통과할 때, 초기화 상태에서 검지 상태로 전환되는 시각을 확인하여 양 지자기 센서를 통과하는데 걸리는 시간을 계산하고, 양 지자기 센서 사이의 거리를 측정하여 통과 속도를 계산한다. 이때, 상술한 바와 같이 초기화 상태에서 검지 상태로 전환되는 시각은 X 축, Y 축 또는 Z 축 방향의 센서 중 어느 것에서나 선택할 수 있다. 이처럼, 터널 내부공간 내에서 이동하는 차량의 속도가 기준 이상일 경우에는 진출입하는 다른 차량과의 충돌 등 위험이 있으므로, 게이트웨이(20)의 알람부가 작동하여 과속 경보를 할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에는 각각 본 발명의 시스템에서, 게이트웨이(20)에 알람부가 더 구비된 경우, 상기 알람부의 작동 프로세스를 보여주는 순서도가 각각 도시되어 있다. 먼저 도 8a를 살펴보면, 센서노드(10)로부터 지자기 변화 검지값을 수신한 게이트웨이(20)는 상기 지자기 변화 검지값 중에서 별도로 알람 데이터를 분리하여 수집하고, 이를 분석하여 어떤 종류의 알람에 해당되는지를 분류한다. 상기 알람의 종류로는 역주행, 속도(과속) 등이 있으며, 상기 알람 데이터가 기준값을 초과하여 경보의 필요성이 있을 경우, 각 분류에 해당하는 알람 경보를 발하고, 해당 알람 경보를 발한 기록을 메인 서버(30)로 전송한다.
도 8b에는 메인 서버(30)로부터 알람의 제어 명령이 게이트웨이(20)로 전송되는 작동 프로세스를 나타내는 개략적인 순서도가 도시되어 있다. 도 8a의 작동 순서와 달리, 상기 게이트웨이(20)에서 수신된 지자기 변화 검지값을 분석하지 않고, 메인 서버(30)로 전송하거나 상기 센서노드(10)로부터 메인 서버(30)로 직접 정보가 전송된 경우, 메인 서버(30)에서는 상기 지자기 변화 검지값 중에서 별도로 알람 데이터를 분석하여 어떤 종류의 알람에 해당되는지를 분류한다. 상기 알람의 종류로는 역주행, 속도(과속) 등이 있으며, 상기 알람 데이터가 기준값을 초과하여 경보의 필요성이 있을 경우, 게이트웨이(20)에 알람 경보 등의 추가조치 사항을 요청하는 명령이 전송된다. 이처럼, 센서노드(10)로부터 수신된 지자기 변화 검지값 중에서 알람 데이터를 분리 수집하여 어느 종류의 알람에 해당하는지를 분류하고, 알람 경보 등의 조치를 하는 프로세스는 메인 서버(30)를 거치지 않고 게이트웨이(20)에서 직접 알람 데이터를 분리, 분류, 알람 경보하는 방법과 메인 서버(30)의 제어에 따라 게이트웨이(20)에서는 알람 경보 등의 추가 조치만 취하는 방법이 있다.
한편, 도 8a와 도 8b의 프로세스가 병렬적으로 진행되거나, 직렬적으로 연속하여 진행될 수도 있으며, 반복 수행될 수 있다. 즉, 특정 알람 경보는 게이트웨이(20)에서 알람 데이터를 분석하여 경보를 수행하고, 특정 알람 경보에 대해서는 메인 서버(30)에서 이를 분석하여 게이트웨이(20)로 추가 조치 명령을 전송하도록 하는 등 다양한 방식으로 운영될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10...센서노드 11...다중센서모듈
12...센서통신모듈A 13...전원모듈
14...센서케이스 20...게이트웨이
21...복합 무선통신 모듈 22...센서통신 모듈B
30...메인서버 31...무선통신 모듈
32...연산모듈 33...교통상황정보 출력모듈
34...영상검지 모듈 35...표시부
36...영상획득 수단

Claims (11)

  1. 터널 내부의 도로에 매설 또는 부착되되, 상기 도로 위를 이동하는 차량을 인식하는 지자기 센서를 포함하는 다중센서 모듈(11)과, 상기 다중센서 모듈(11)을 통해 검지된 정보를 송신하는 센서통신 모듈A(12)를 포함하는 센서노드(10);
    상기 센서통신 모듈A(12)로부터 검지된 정보를 수신하는 센서통신 모듈B(22)와, 상기 센서통신 모듈B(22)를 통해 수신한 정보를 송신하는 복합무선통신 모듈(21)을 포함하는 게이트웨이(20); 및
    상기 복합무선통신 모듈(21)에서 전송한 정보를 수신하는 무선통신 모듈(31)과, 상기 무선통신 모듈(31)을 통해 수신한 정보를 기초로 하여 차량대수, 차종, 차량속도, 차량 진행방향, 사고유무 및 차량정체에 관한 교통상황정보 중 적어도 하나 이상의 교통상황정보를 연산하는 연산모듈(32)과, 상기 연산모듈(32)에서 연산된 교통상황정보를 실시간으로 표시부(35)에 출력하는 교통상황정보 출력모듈(33), 상기 연산모듈(32)에서 연산된 교통상황정보 데이터값이 미리 설정된 임계기준 범위에 포함될 경우, 상기 터널 내부의 전체구간을 촬영대상으로 하는 영상획득 수단(36)을 가동시켜 상기 터널 내부 및 차량의 영상을 획득하는 영상검지 모듈(34)을 포함하는 메인서버(30);를 포함하여 구비되는 터널교통 상황정보 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트웨이(20)가 상기 터널 내부에 위치할 경우, 상기 게이트웨이(20)와 메인서버(30) 간에 소통되는 정보를 중계하는 중계부(37)가 상기 터널 내부 또는 외부에 구비되는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 영상획득 수단(36)으로, 적외선 카메라가 이용되는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서노드(10)는, 상기 터널 내부의 각 차선별로 일정한 간격으로 매설 또는 부착되며,
    상기 연산모듈(32)은, 상기 센서노드(10)에서 검지된 각 차선별 검지정보를 개별적으로 연산하여 상기 표시부(35)에 각 차선별 교통상황정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서노드(10)와 상기 게이트웨이(20)는, 상기 센서노드(10)와 상기 게이트웨이(20)에 각각 구비된 센서통신 모듈A,B(12, 22) 사이의 지그비 등 근거리 무선 통신을 이용하여 정보를 송수신하며,
    상기 게이트웨이(20)와 상기 메인 서버(30)는, 상기 게이트웨이(20)의 복합 무선통신 모듈(21)과 상기 메인 서버(30)의 무선통신 모듈(31) 사이의 광대역 무선 통신을 이용하여 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 지자기 센서는 AMR 센서로서 X, Y, Z축으로 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 다중센서 모듈(11)은,
    상기 지자기 센서와,
    상기 지자기 센서의 검지 환경에 따른 검지값 오차를 보상하는 보조 센서와,
    상기 지자기 센서의 위치 및 자세 변화를 보상하는 보정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보조 센서는 온도 센서, 습도 센서, 진동 센서 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 보정 센서는 경사 센서, 회전 센서 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서노드(10)에 포함되는 다중센서 모듈(11), 센서통신 모듈A(12) 및 전원모듈(13)은 센서 케이스(14) 내부에 수용되어 지하에 매설 또는 부착되며,
    상기 센서 케이스(14)는 상부가 개방되고 내부에 수용 공간이 마련된 케이스 본체(15)와 상기 케이스 본체(15)의 상부를 개폐하는 덮개(16)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서 케이스 본체(15)의 수용 공간에는 전원모듈(13)이 배치되고,
    상기 다중센서 모듈(11)과 센서통신 모듈A(12)는 상기 덮개(16) 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 덮개(16)의 상면에는 차량 진행의 정방향 또는 역방향을 기준으로 하여 상기 다중센서 모듈(11)이 배치되고, 상기 센서 케이스(14)가 매설 또는 부착되도록 방향이 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 터널교통 상황정보 시스템.
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