KR20160002547A - 고속도로의 화물차 진입제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 산업도로와 고속도로가 연결되는 합류 지점에서 고속도로로 진입하는 화물차의 진입을 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법에 있어서, 합류 지점과 산업도로의 각 도로구간에 설치된 각각의 검지기로부터, 설정시간 동안 각 도로구간을 통과하는 차량의 차종, 차속, 교통량을 포함하는 교통정보를 수집하는 단계와, 각 도로구간에 대해 발생되는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해(危害) 비용의 합으로 정의되는 비용 함수를 구성하는 단계와, 각각의 검지기의 수집된 교통 정보를 비용 함수 상에 대입하여 총 비용을 연산하되, 교통정보 중 합류 지점에 대한 화물차 차종의 교통량을 변수로 설정한 다음 총 비용을 최소화하는 변수 값을 도출하여, 도출된 변수 값을 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정하는 단계, 및 최대 진입 교통량에 해당하는 화물차의 통과가 허용되도록, 합류 지점의 도로구간에 설치된 진입램프의 온오프 동작을 제어하는 단계를 포함하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법을 제공한다.
상기 고속도로의 화물차 진입제어 방법 및 장치에 따르면, 산업도로와 고속도로가 만나는 합류 지점에 대한 화물차의 고속도로 진입을 제어하여 화물차로 인한 산업도로와 고속도로의 혼잡도뿐만 아니라 차량의 연료 비용 및 미세먼지 발생을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

고속도로의 화물차 진입제어 방법 및 장치{Method for ramp-metering of truck in expressway and apparatus thereof}
본 발명은 고속도로의 화물차 진입제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화물차로 인한 고속도로의 혼잡도 및 미세먼지 발생을 최소화할 수 있는 고속도로의 화물차 진입제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 미세먼지의 위해성이 부각되고 교통에너지 소비 절감의 중요성이 강조되면서, 기존의 혼잡 중심의 교통관리에서 에너지 및 환경 대기의 관리를 위한 교통관리로 교통 패러다임이 변화되고 있다. 또한, 안전이 강조되면서 교통사고를 절감하기 위한 시스템과 전략이 강조되고 있다.
일반적으로 미세먼지는 경유차에서 상당 부분 발생되며 특히 화물차에서 다량의 미세 먼지가 발생되고 있다. 교통사고 측면에서도 화물차는 가장 심각한 사고를 유발시키는 차종으로 분류되고 있다. 따라서 미세먼지와 대형사고의 감소를 위해서는 화물차 중심의 교통수요 관리 전략이 요구된다.
공간적으로는 산업단지 지역에서의 화물차 통행량의 비중이 높은 편이며, 해당 지역은 화물차량 통행을 위한 산업도로가 운영되고 있다. 이러한 산업도로는 일반적으로 물동량 처리를 위한 고속도로도 함께 발달되어 있다.
기존에는 고속도로 본선으로 진입하는 차량의 진입 허용량을 조절하여 고속도로의 교통 혼잡을 방지하는 램프 미터링(Ramp-metering) 기술을 사용하고 있다. 이러한 램프 미터링은 고속도로의 혼잡도를 최소화하기 위한 것으로서 고속도로의 진입 지점에 설치된 램프의 온오프 주기를 변경시켜서 현재의 고속도로 교통량에 기반하여 차량의 진입 허용량을 조절한다.
하지만, 종래의 경우 단순히 현재 교통량에 기반한 램프 미터링 방법에 해당되는 것으로서 차종별 연료 소비량, 미세먼지 발생 등과 같은 에너지 효율 및 대기 환경은 전혀 고려하지 않고 있다. 특히, 산업도로와 고속도로가 공존하는 합류 도로 지점에서 화물차의 진입 제어를 수행하지 않는 경우 교통의 혼잡도를 가중시킬 수 있으며 에너지 소비량 및 미세먼지 배출량을 증가시켜 환경 오염을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제1045863호(2011.07.01 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은, 산업도로와 고속도로가 연결되는 합류 지점에서 고속도로로 진입하는 화물차의 진입을 효과적으로 제어하여 화물차로 인한 고속도로의 혼잡도 및 미세먼지 발생을 최소화할 수 있는 고속도로의 화물차 진입제어 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 산업도로와 고속도로가 연결되는 합류 지점에서 상기 고속도로로 진입하는 화물차의 진입을 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법에 있어서, 상기 합류 지점의 도로구간과, 상기 산업도로와 상기 고속도로의 상류부 및 하류부의 도로구간에 설치된 각각의 검지기로부터, 설정시간 동안 각 도로구간을 통과하는 차량의 차종, 차속, 교통량을 포함하는 교통정보를 수집하는 단계와, 상기 각 도로구간에 대해 발생되는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해(危害) 비용의 합으로 정의되는 비용 함수를 구성하는 단계와, 상기 각각의 검지기의 수집된 교통 정보를 상기 비용 함수 상에 대입하여 총 비용을 연산하되, 상기 교통정보 중 상기 합류 지점에 대한 화물차 차종의 교통량을 변수로 설정한 다음 상기 총 비용을 최소화하는 변수 값을 도출하여, 상기 도출된 변수 값을 상기 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정하는 단계, 및 상기 최대 진입 교통량에 해당하는 화물차의 통과가 허용되도록, 상기 합류 지점의 도로구간에 설치된 진입램프의 온오프 동작을 제어하는 단계를 포함하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 미세먼지 위해 비용은, 기 알고 있는 미세먼지 배출단위당 위해 비용에 해당 도로구간에 대응하는 인구밀도 및 녹지율을 반영하여 결정되는 해당 도로구간의 미세먼지 배출단위당 위해 비용, 해당 도로구간의 길이, 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량, 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수를 이용하여 계산될 수 있다.
또한, 상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수는, 해당 도로구간을 통과한 해당 차종에 대한 정지 속도에서의 기본 배출계수와, 해당 차종별로 기 결정된 배출계수의 기울기 상수, 그리고 상기 해당 차종의 감지된 속도 정보를 이용하여 획득할 수 있다.
또한, 상기 통행시간 비용은, 해당 도로구간을 통과한 차종별 통행시간에 대한 단위 화폐가치와, 해당 도로구간을 통과한 차종의 교통량에 따른 차종별 통행시간을 이용하여 계산되고, 상기 유류 비용은, 해당 도로구간의 길이에 대응하는 차종별 통행요금, 상기 차종별 연료소모량에 대한 단위 화폐가치, 해당 도로구간의 길이, 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량, 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위 연료소모량을 이용하여 계산될 수 있다.
그리고, 상기 고속도로의 화물차 진입제어 방법은, 상기 진입램프의 동작 제어에 따라 화물차가 1대 통과할 때, 상기 고속도로 및 산업도로의 각 상류부 및 하류부에 설치된 검지기 중에서 적어도 하나의 검지기로부터 수집된 교통정보로부터 고속도로 상황 정보를 획득하여 기 설정된 제약조건과 비교하되, 상기 고속도로 상황 정보가 상기 제약조건을 만족하지 않는 경우 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 차단하고, 상기 제약조건을 만족하는 경우 상기 다음 진입하는 화물차를 상기 최대 진입 교통량 이내로 통과시키도록, 상기 진입램프의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고속도로 상황 정보는, 상기 합류 지점 이전에 해당하는 상류부 구역에 대한 고속도로 및 산업도로의 정체상황 정보, 상기 합류 지점 이후에 해당하는 하류부 구역에 대한 산업도로 대비 고속도로의 주행성 정보, 상기 고속도로의 상류부 구역에 대한 차로별 교통량 정보, 상기 고속도로 및 상기 산업도로의 각 하류부 구간에서의 화물차 차종의 통행량 비중 정보를 포함하고, 상기 정체상황 정보, 상기 주행성 정보, 상기 차로별 교통량 정보, 상기 통행량 비중 정보 중 적어도 하나의 정보를 기 설정된 각각의 제약조건과 비교하여 상기 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 제어할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 산업도로와 고속도로가 연결되는 합류 지점에서 상기 고속도로로 진입하는 화물차의 진입을 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 장치에 있어서, 상기 합류 지점의 도로구간과, 상기 산업도로와 상기 고속도로의 상류부 및 하류부의 도로구간에 설치된 각각의 검지기로부터, 설정시간 동안 각 도로구간을 통과하는 차량의 차종, 차속, 교통량을 포함하는 교통정보를 수집하는 교통정보 수집부와, 상기 각 도로구간에 대해 발생되는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해(危害) 비용의 합으로 정의되는 비용 함수를 구성하는 비용함수 구성부와, 상기 각각의 검지기의 수집된 교통 정보를 상기 비용 함수 상에 대입하여 총 비용을 연산하되, 상기 교통정보 중 상기 합류 지점에 대한 화물차 차종의 교통량을 변수로 설정한 다음 상기 총 비용을 최소화하는 변수 값을 도출하여, 상기 도출된 변수 값을 상기 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정하는 교통량 결정부, 및 상기 최대 진입 교통량에 해당하는 화물차의 통과가 허용되도록, 상기 합류 지점의 도로구간에 설치된 진입램프의 온오프 동작을 제어하는 진입램프 제어부를 포함하는 고속도로의 화물차 진입제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 진입램프 제어부는, 상기 진입램프의 동작 제어에 따라 화물차가 1대 통과할 때, 상기 고속도로 및 산업도로의 각 상류부 및 하류부에 설치된 검지기 중에서 적어도 하나의 검지기로부터 수집된 교통정보로부터 고속도로 상황 정보를 획득하여 기 설정된 제약조건과 비교하되, 상기 고속도로 상황 정보가 상기 제약조건을 만족하지 않는 경우 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 차단하고, 상기 제약조건을 만족하는 경우 상기 다음 진입하는 화물차를 상기 최대 진입 교통량 이내로 통과시키도록, 상기 진입램프의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 고속도로의 화물차 진입제어 방법 및 장치에 따르면, 산업도로와 고속도로가 만나는 합류 지점에 대한 화물차의 고속도로 진입을 제어하여 화물차로 인한 산업도로와 고속도로의 혼잡도뿐만 아니라 차량의 연료 비용 및 미세먼지 발생을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 각 도로구간에 대응하는 지역의 인구밀도 및 녹지율을 고려하여 미세먼지 위해 비용을 최소화할 수 있는 화물차의 교통량을 연산하여 이를 바탕으로 고속도로 진입램프의 신호를 제어함에 따라, 화물차로 인한 미세먼지의 위해도를 줄이고 대기 환경의 수준을 쾌적하게 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 산업도로와 고속도로의 합류 지점의 도로 구간을 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고속도로의 화물차 진입제어 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2를 이용한 고속도로의 화물차 진입제어 방법의 흐름도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 산업도로와 고속도로가 인접한 구간에서 고속도로의 화물차 진입제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 산업도로와 고속도로의 합류 지점에서 고속도로를 향하는 화물차의 진입 교통량을 진입 램프를 통해 실시간 제어할 수 있는 방법을 제공한다.
이러한 본 발명은 고속도로와 산업도로의 통합 교통관리, 도로의 혼잡도·차량의 연료비·미세먼지의 최소화, 그리고 차량 군간 속도 조화를 통한 동일 차종의 군집 통행을 유도하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에서는 고속도로 진입 램프에서의 화물차 진입 교통량을 최대화하면서 도로의 혼잡도·차량의 연료비·미세먼지 발생을 최소화하는 모형을 사용한다. 이러한 모형은 본 실시예에서 비용 함수(cost function)의 형태로 제공된다.
즉, 본 실시예에서는 비용 함수를 최소화하는 화물차의 진입 교통량을 탐색하고, 탐색된 교통량에 대응하는 화물차의 대수가 통과하도록, 합류 지점의 도로 구간에 배치된 진입 램프의 신호를 제어하도록 한다. 여기서, 합류 지점의 가장자리 차선이 화물차 전용 도로인 것으로 가정하면, 이 가장자리 차선에 설치된 진입 램프의 온오프 동작을 제어하면 된다.
그리고, 본 실시예의 경우, 합류 지점의 진입 램프에서 화물차의 진입을 제어할 때 다수의 제약 조건을 고려할 수 있다. 고려되는 제약 조건으로는 고속도로와 산업도로의 정체 상황을 판단하여 화물차 진입 여부를 결정하는 제약 조건, 고속도로 주행성을 유지할 수 있는 제약 조건, 차종의 군집 주행을 유도할 수 있는 제약 조건을 포함할 수 있다. 이러한 제약 조건에 대해서는 추후 상세히 설명한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 보다 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에서 산업도로와 고속도로의 합류 지점의 도로 구간을 나타내는 예시도이다. 이러한 도 1은 본 발명의 실시예가 적용 가능한 도로의 한 예이다. 물론, 본 발명이 반드시 도 1과 같은 형태의 도로에 적용되는 것으로 한정되지 않으며, 산업도로와 고속도로가 만나는 합류 구간을 포함하는 도로라면 무관하다.
도 1에는 서로 인접하게 존재하는 산업도로와 고속도로, 그리고 두 도로가 만나는 합류 지점의 도로가 도시되어 있다. 일반적으로 산업단지 지역은 화물차 통행량의 비중이 높고 화물차 통행을 위한 산업도로가 운영되고 있다. 또한, 산업도로는 물동량 처리를 위한 고속도로도 함께 발달되어 있다. 따라서, 산업도로에서 고속도로로 진입하는 합류 구간이 존재하게 된다. 이 합류 지점에서 화물차의 진입 제어를 효과적으로 수행한다면, 도로의 혼잡도를 해소할 뿐만 아니라, 미세먼지 배출 및 차량의 연료비를 최소화할 수 있게 된다.
도 1을 참조하면, 산업도로의 상류부 및 하류부, 산업도로와 고속도로의 합류부, 그리고 고속도로의 상류부 및 하류부에는 각각 검지기(a,b,c,d,e)들이 설치되어 있다. 각각의 검지기는 해당 도로 지점을 통과하는 차량의 차종(화물차, 승용차, 버스), 차속(차량의 속도), 교통량(차량의 통과 대수)을 포함하는 교통정보를 획득한다. 이와 같이 교통정보를 수집하는 검지기는 기 공지된 것으로서 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1의 경우 각각의 검지기의 설치 위치에 대응하는 다섯 개의 도로 구간으로 구분될 수 있다. 즉, 도로 구간은 제1 및 제2 검지기(a,b)가 각각 설치된 제1 및 제2 도로구간, 제3 검지기(c)가 설치된 제3 도로구간, 그리고 제4 및 제5 검지기(d,e)가 설치된 제4 및 제5 도로구간으로 구분될 수 있다.
이에 따라, 고속도로 영역은 그 길이 방향에 대하여 합류지점을 기준 경계로 하여 좌우로 각각 제1 및 제2 도로구간으로 구분될 수 있고, 산업도로 영역은 합류지점을 기준 경계로 하여 좌우로 각각 제4 및 제5 도로구간으로 구분될 수 있다. 물론, 합류지점의 도로는 제3 도로구간으로 구분된다.
물론, 본 발명의 실시예가 반드시 도 1과 같은 구성에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도로구간의 구분은 감지기를 더욱 설치한다면 더욱 세분화될 수도 있다.
이하의 본 발명의 실시예는 산업도로와 고속도로가 만나는 합류 구간에서 상기 고속도로로 진입하는 화물차의 진입을 합류 구간에 설치된 진입 램프(화물차 신호기)(10)를 통해 제어하는 방법을 제공한다.
보통의 경우 화물차는 도로 상에서 가장자리 차선의 도로를 사용한다. 즉, 교통의 혼잡도, 사고 유발률 등을 고려하여 대부분의 화물차는 가장자리 차선으로 주행하고 있다. 본 실시예의 경우 바람직하게는 합류 구간의 차로 중에서 화물차 전용으로 사용되는 가장자리 차로에 설치된 진입 램프(화물차 신호기)(10)를 통하여 화물차의 진입을 제어할 수 있다. 즉, 합류구간 내의 복수의 차로 중에서 화물차 차종은 가장자리 차로만을 이용하여 진입하는 것을 가정한다면, 해당 차로에 대응하여 설치된 화물차 신호기 램프만을 제어하면 된다.
물론, 화물차가 항상 가장자리 차선을 이용하는 것은 아니므로 때에 따라 승용차 신호기가 화물차 신호기의 역할을 대체할 수도 있으며, 승용차 신호기와 화물차 신호기는 통합되어 하나의 신호기로 동시 구동될 수도 있다. 이러한 신호기(진입 램프)의 활용 예는 다양할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고속도로의 화물차 진입제어 장치의 구성도이고, 도 3은 도 2를 이용한 고속도로의 화물차 진입제어 방법의 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고속도로의 화물차 진입제어 장치(100)는 교통정보 수집부(110), 비용함수 구성부(120), 교통량 결정부(130), 진입램프 제어부(140)를 포함한다.
먼저, 교통정보 수집부(110)는 도 1과 같이 합류 지점의 도로구간과, 산업도로와 고속도로의 상/하류부의 도로구간에 설치되어 있는 각각의 검지기(a,b,c,d,e)로부터, 설정시간(ex, 5초) 동안 각 해당 도로구간을 통과하는 차량의 차종, 차속, 교통량을 포함하는 교통정보를 수집한다(S310).
이러한 S310 단계는 도 1의 각 도로 구간마다 설치되어 있는 각각의 감지기(a,b,c,d,e)로부터 해당 도로구간에 대한 교통정보(차종, 차속, 교통량)를 수집하는 과정이다. 임의 감지기에서 5초 동안 검지된 교통정보의 예로는, "통과 차종의 교통량: 승용차 1대, 화물차 2대(승용차 교통량=1, 화물차 교통량=2), 속도: 승용차 100km/h, 화물차 2대 각각 85km/h, 90km/h" 등일 수 있다.
상기 S310 단계를 통하여 각 도로구간에 대한 교통 정보가 수집된 다음, 비용함수 구성부(120)는 상기 각 도로구간에 대해 발생되는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해(危害) 비용의 합으로 정의되는 비용 함수를 구성한다(S320).
본 발명의 실시예에서 비용 함수를 정의하는 이유는, 교통 혼잡도(통행시간 비용 관련), 연료비(유류 비용 관련), 미세먼지(미세먼지 위해 비용 관련)에 관여하는 비용의 총 합을 최소화할 수 있는 화물차 진입 교통량을 결정하기 위한 것이다. 즉, 최소 비용을 도출하는 화물차 차량의 교통량을 결정한 다음, 상기 결정된 교통량에 대응하는 대수만큼의 화물차가 합류 지점을 통해 고속도로로 진입할 수 있도록 제어하기 위함이다.
이상과 같이, 세 가지 비용들의 합으로 구성되는 비용 함수의 결과 값은 최소화되는 것이 바람직하다. 비용 함수의 결과 값을 최소화한다는 것은 교통 혼잡도, 연료비, 미세먼지를 최소화한다는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에서는 비용 함수의 결과 값을 최소화하기 위한 합류구간에서의 화물차 진입 교통량을 탐색하고, 합류지점을 통해 고속도로로 진입하는 화물차의 통과량을 상기 탐색된 교통량의 대수에 맞도록 제어하도록 한다.
이와 같이, 본 실시예의 경우, 모든 비용을 고려한 비용 함수를 이용하여 화물차 진입 교통량을 제어함에 따라, 화물차에 의한 교통 혼잡도, 미세먼지 위해도 등을 줄일 수 있고 대기 환경의 수준을 쾌적하게 관리할 수 있다. 상기 비용 함수의 구체적인 수학적 표현은 추후 상세히 설명하도록 한다.
다음, 상기와 같이 비용 함수가 구성되면, 교통량 결정부(130)는 상기 각각의 검지기(a,b,c,d,e)의 수집된 교통 정보를 상기 비용 함수 상에 대입하여 총 비용을 연산한다.
상기 비용 함수는, 통행시간 비용의 항목, 유류 비용의 항목, 미세먼지 위해 비용의 항목의 합으로 이루어지므로 비용 함수의 결과 값은 총 비용을 의미한다. 또한 각각의 검지기로부터 수집된 교통정보(차종별 교통량, 속도)는 상기 비용 함수의 각 항목에 대입 가능한 요소에 해당되며, 그 결과 값으로 총 비용이 하나 연산된다.
여기서, 상기 교통량 결정부(130)는 상기 교통정보 중 상기 합류 지점에 대한 화물차 차종의 교통량을 변수로 설정한 다음, 상기 총 비용을 최소화하는 변수 값을 도출하여, 상기 도출된 변수 값을 상기 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정한다(S330).
즉, 본 실시예의 경우, 각각의 검지기(a,b,c,d,e)로부터 수집되는 각 도로구간에 대한 교통량 정보 중에서도, 합류 지점의 도로구간에 대한 화물차 차종의 교통량 정보를 변수로 설정하도록 하고, 이 교통량을 현재의 값보다 큰 값 또는 작은 값으로 순차로 변경시키면서 비용 함수를 다시 계산하여 본다. 그 결과 비용 함수의 결과 값(총 비용)을 최소로 하는 교통량이 도출될 것이다. 본 실시예에서는 이 비용 함수를 최소로 하는 교통량에 대응하는 화물차 대수만이 합류 지점의 진입 램프(10)를 통과하도록 진입 램프(10)의 신호를 제어한다.
예를 들어, 현재 합류 지점의 검지기(c)로부터 관측된 5초 동안 감지된 화물차 차종의 교통량이 3이라면, 비용 함수 내의 모든 항은 그대로 유지하면서 상기 합류 지점의 화물차 교통량이 대입될 부분에 3이 아닌 다른 값들을 대입하면서 비용 함수의 결과 값을 각각 다시 연산하여 본다. 그 중에서 비용 함수의 결과 값을 최소화시키는 교통량을 상기 진입 램프(10)에서의 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정한다.
본 실시예에서, 검지기(c)는 각 차로 별로 서브 검지기(c1,c2)를 포함할 수 있으며, 화물차가 가장자리 차로만을 사용한다고 가정하면 합류 지점에서 획득된 화물차 차종의 교통량 정보는 c2의 검지 값만을 사용할 수 있다. 물론, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, c1과 c2에서 검지된 화물차 차종의 교통량의 합을 이용할 수도 있다.
이상과 같이, 각각의 검지기는 해당 도로구간에 대한 교통량을 수집하는데, 본 실시예의 경우 합류 지점의 도로구간에 대한 화물차 차종의 교통량 정보를 비용 함수의 변수로 설정한다. 이는 교통량 제어 대상 지점이 산업도로와 고속도로 간의 합류 지점이고, 제어 대상 차종이 화물차인 점에 따르는 것이다.
이후, 진입램프 제어부(140)는 상기 최대 진입 교통량에 해당하는 화물차의 통과가 허용되도록, 상기 합류 지점의 도로구간에 설치된 진입램프(10)의 온오프 동작을 제어한다(S340).
예를 들어, 현재 5초 동안 검지부에서 수집한 교통정보를 바탕으로 비용 함수를 계산하여 본 결과, 비용 함수를 최소화할 수 있는 화물차 차량의 최대 진입 교통량이 5대인 것으로 계산된 경우, 다음 5초 동안에는 화물차를 최대 5대 까지만 통과하도록 진입 램프(10)의 램프 미터링을 수행할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 이와 같이 진입램프(10)의 동작 제어에 따라 화물차 차량의 진입을 허용할 때, 진입램프 제어부(140)는 화물차 차종 1대가 통과 시마다 현재의 고속도로 상황정보를 기 설정된 제약 조건(고속도로 정체수준, 고속도로 주행성, 주행속도 조화성, 군집 주행성)과 비교 검토하여, 다음 진입하는 화물차의 통과 여부를 추가로 제어할 수 있다(S350).
예를 들어, 최대 진입 교통량이 5대로 결정된 다음, 처음 화물차 1대 통과시의 고속도로 상황정보를 기 설정된 제약 조건과 비교하며, 제약 조건을 만족하는 경우 다음 1대를 통과시키고, 제약 조건을 만족하지 않는 경우는 다음 1대의 통과를 허용하지 않고 홀딩하도록 진입 램프(10)를 제어한다. 이는 합류 지점에서의 화물차 차종의 통과 제어는 상기 획득된 최대 진입 교통량을 기반으로 하되 현재의 고속도로 상황에 맞도록 제어 상황을 능동적으로 변경하기 위함이다.
물론, 이러한 S350 단계는 S340 단계 이후로 도시되어 있으나 S340 단계 중에 병행하여 수행할 수 있는 부분이다. 즉, 제약 조건을 사용하는 제어 동작은 S340 과정 중에 추가적으로 고려되어 수행될 수 있으며 그 상세한 설명은 후술할 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에서 사용되는 비용 함수 모형에 관하여 상세히 설명한다. 비용 함수는 아래의 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1의 비용 함수는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해 비용의 합으로 정의된다. 즉, 수학식 1에서 우변의 세 가지 행 성분은 각각 상기 통행시간 비용, 상기 유류 비용, 상기 미세먼지 위해 비용을 나타낸다.
수학식 1에서 r은 차종의 인덱스(index)에 해당된다. 차종은 승용차, 버스, 화물차(트럭)의 세 가지 종류로 구분된다. 그리고, i는 도로구간의 인덱스를 나타낸다. 도 1의 경우 각각의 검지기가 설치된 지점에 대응하는 다섯 개의 도로 구간으로 구분된다.
우선, 비용 함수의 첫 번째 행을 구성하는 통행시간 비용을 설명한다.
본 실시예에서 통행시간 비용은, 해당 도로구간을 통과한 차종별 통행시간에 대한 단위 화폐가치(
Figure pat00002
)와, 해당 도로구간을 통과한 차종의 교통량에 따른 차종별 통행시간(
Figure pat00003
)을 이용하여 계산된다. 이 두 가지 정보를 곱하면 비용 단위(원 단위)가 된다.
즉, 통행시간 비용의 행에서,
Figure pat00004
는 r 차종의 통행시간에 대한 단위 화폐가치(단위; 원/분),
Figure pat00005
은 i 도로구간을 통과한 r 차종의 교통량(
Figure pat00006
)에 따라 결정되는 통행시간(단위; 분)을 의미한다.
본 발명의 실시예에서는, 각각의 차종에 대응하는 단위 화폐가치 값(분당 화폐가치; 원/분)을 테이블 정보로 미리 저장하고 있다. 따라서, 해당 도로구간을 통과한 차종이 화물차인 경우, 상기 화물차에 대응하는 단위 화폐가치 값을 테이블 정보로부터 추출하여
Figure pat00007
값에 대입하면 된다.
예를 들어, 수학식 1에 의하면, 임의 도로구간의 감지기를 통과한 해당 차종이 화물차이면, 화물차에 대응하는 단위 화폐가치와, 해당 화물차 차종의 교통량에 따라 연산되는 통행시간을 곱하면 된다. 또한 이러한 과정을 모든 도로구간의 모든 차종에 대하여 수행하고 합산하면 총 통행시간 비용이 연산된다.
또한,
Figure pat00008
는 아래의 수학식 2로 정의된다.
Figure pat00009
즉, 통행시간
Figure pat00010
는 직접 차량의 통행시간을 측정한 값이 아니며, i 도로구간을 통과한 r 차종의 교통량(
Figure pat00011
)에 의해 결정되는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 교통량이 많으면 그만큼 통행시간이 증가할 것이며 수학식 2는 이를 반영하고 있다. 즉, 수학식 2에 해당 차량의 교통량을 대입하면 통행시간이 자동으로 계산될 수 있다.
통행시간
Figure pat00012
의 연산에는 교통량 이외에도 몇몇 파라미터들이 더 사용된다. 수학식 2에서 t0i는 i 도로구간에서의 자유 통행시간(t0)이고, αi 및 βi는 i 도로구간에 적용되는 임의의 계수(기 존재하는 테이블 정보로부터 선택 가능)이고, Ci는 i 도로구간에 대한 도로용량이다. 이와 같이, 교통량에 따라 결정되는 통행시간의 연산 식은 기 공지된 개념으로서 상세한 설명은 생략한다.
다음, 수학식 1의 비용 함수에서 두 번째 행을 구성하는 유류 비용을 설명한다.
본 실시예에서 유류 비용은, 해당 도로구간의 길이에 대응하는 차종별 통행요금(
Figure pat00013
), 상기 차종별 연료소모량에 대한 단위 화폐가치(
Figure pat00014
), 해당 도로구간의 길이(
Figure pat00015
), 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량(
Figure pat00016
), 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위 연료소모량(
Figure pat00017
)을 이용하여 계산된다.
즉, 유류 비용의 행에서,
Figure pat00018
은 i 도로구간에 대응하는 r 차종의 통행요금(단위; 원),
Figure pat00019
은 r 차종의 연료소모량에 대한 단위 화폐가치(단위; 원/리터),
Figure pat00020
는 i 도로구간의 길이(단위; km),
Figure pat00021
는 i 도로구간을 통과한 r 차종의 교통량(단위; 대),
Figure pat00022
는 r 차종의 주행속도 v에 따른 단위 연료소모량(단위; 리터/대·km)를 의미한다.
여기서,
Figure pat00023
은 해당 도로구간에 대하여 미리 결정된 톨비에 해당될 수 있다. 일반적으로 고속도로는 차량이 이동한 구간의 도로길이에 비례하는 톨비를 정산한다. 본 실시예의 경우, 도 1의 각 도로구간의 길이에 대응하는 만큼의 톨비 값을 미리 저장하고 있을 수 있다. 물론 도로구간의 길이가 짧으므로 통상의 톨비 보다는 작을 것이다. 그리고 산업도로의 경우 톨비가 존재하지 않을 수 있다. 또한 도 1에서 톨게이트가 어디에 위치하느냐에 따라 톨비 값의 발생 지점이나 기준이 달라질 수도 있다. 물론, 톨비는 도로 길이뿐만 아니라 차종에 따라서도 영향을 받기 때문에 각각의 도로구간별 톨비는 도로 길이 및 차종을 고려하여 미리 결정될 수 있다.
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
는 미리 알고 있는 값을 사용한다. 각 도로 구간의 길이
Figure pat00027
는 미리 획득하여 저장하여 두면 되며, 해당 도로 구간에 대한 연산 시에 대입하면 된다.
또한,
Figure pat00028
와 관련하여, 본 발명의 실시예에서는, 각각의 차종의 연료소모량에 대한 단위 화폐가치를 테이블 정보로 미리 저장하고 있다. 따라서, 통과한 차량의 차종이 화물차인 경우, 상기 화물차에 대응하는 단위 화폐가치 값을 테이블 정보로부터 추출하여
Figure pat00029
값으로 대입하면 된다.
또한,
Figure pat00030
와 관련하여, 본 발명의 실시예에서는, 각각의 차종의 주행속도에 대응하는 단위 연료소모량을 테이블 정보로 미리 저장하고 있다. 따라서, 해당 도로구간을 통과한 차종이 화물차이고 차량 속도가 80 km/h인 경우, 상기 화물차의 차종과 해당 차종의 속도에 대응하는 단위 연료소모량을 테이블 정보로부터 추출하여
Figure pat00031
값에 대입하면 된다.
수학식 1의 유류 비용의 행에 의하면, 해당 도로 구간을 통과한 해당 차종에 대한 톨비에, 해당 차종에 대한 연료 소모량의 단위 화폐가치, 상기 해당 도로 구간의 길이, 해당 도로 구간을 통과한 해당 차종의 교통량, 해당 차종의 검지된 주행속도에 따른 단위 연료소모량을 곱한 값을 더하면 된다. 또한 이러한 과정을 모든 도로구간의 모든 차종에 대하여 수행하고 합산하면 총 유류 비용이 연산된다.
다음, 수학식 1(비용 함수)의 세 번째 행을 구성하는 미세먼지 위해 비용을 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에서 미세먼지 위해 비용은, 해당 도로구간의 미세먼지 배출단위당 위해 비용(
Figure pat00032
), 해당 도로구간의 길이(
Figure pat00033
), 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량(
Figure pat00034
), 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수(
Figure pat00035
)를 이용하여 계산된다.
즉,
Figure pat00036
은 i 도로구간의 미세먼지 배출단위당 위해 비용(단위; 원/g),
Figure pat00037
는 i 도로구간의 길이(단위; km),
Figure pat00038
는 i 도로구간을 통과한 r 차종의 교통량(단위; 대),
Figure pat00039
는 i 도로구간에서 r 차종의 주행속도 v에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수(단위; g/대·km)를 의미한다.
여기서, 해당 도로구간의 미세먼지 배출단위당 위해 비용(
Figure pat00040
)은 기 알고 있는 미세먼지 배출단위당 위해 비용에 대해, 해당 도로구간에 대응하는 인구밀도 및 녹지율을 반영하여 결정된다. 즉,
Figure pat00041
은 수학식 3으로 정의된다.
Figure pat00042
A는 상기 기 알고 있는 미세먼지 배출단위당 위해 비용으로서 통상의 표준 값에 해당된다. 본 실시예의 경우 기존에 획일화된 그람(g)당 미세먼지 위해 비용 값으로서, A = 33,289 원/g을 사용할 수 있다. 물론, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다.
또한, 표준 인구밀도 = 498.25, 표준 녹지율 = 0.88을 사용할 수 있다. 이러한 표준 인구밀도 및 표준 녹지율은 전국 평균값을 사용하거나 해당 지역이 속한 도시의 평균값을 사용할 수도 있을 것이다.
또한, wd는 인구밀도의 가중치, wg는 녹지율의 가중치로서, 두 가중치의 합은 1이 되도록 한다. 이와 같은 가중치는 수학식 3의 계산 시에 인구밀도의 중요도와 녹지율의 중요도가 차지하는 비율 즉, 중요도를 구분한 것이다. 만약 인구밀도의 가중치=0.52, 녹지율의 가중치=0.48로 설정할 경우, 미세먼지 위해 비용의 산정에 있어 인구밀도가 녹지율보다 더 영향을 미치는 것을 의미한다. 이러한 가중치는 변경될 수 있다.
그리고, di는 i 도로구간이 속한 지역의 인구밀도, gi는 i 도로구간이 속한 지역의 녹지율을 나타낸다. 두 지역은 같을 수도 다를 수도 있다. di과 gi는 i 도로구간이 속해 있는 지역의 시/군/구에 대응하는 인구밀도, 녹지율을 사용할 수 있다. 해당 도로 구간에 대응하는 지역의 범위는 시/군/구보다 더 좁게 변경될 수 있으며 그에 맞도록 인구밀도, 녹지율도 변경될 수 있다.
수학식 3은 결과적으로, 기 알고 있는 미세먼지 배출단위당 위해 비용의 표준 값(A)에, 표준 녹지율에 대비한 해당 구간의 녹지율, 그리고 표준 인구밀도에 대비한 해당 구간의 인구밀도를 반영하되, 녹지율과 인구밀도에 각각의 가중치를 부여하여 계산한 것이다.
한편, 상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수(
Figure pat00043
)는, 해당 도로구간을 통과한 해당 차종에 대한 정지 속도에서의 기본 배출계수(Br)와, 해당 차종별로 기 결정된 배출계수의 기울기 상수(Cr), 그리고 상기 해당 차종의 감지된 속도 정보(vr)를 이용하여 획득할 수 있다.
구체적으로
Figure pat00044
는 수학식 4로 정의될 수 있다.
Figure pat00045
즉, 수학식 4에서 Br은 r 차종에 대한 정지 속도(v=0)에서의 기본 미세먼지 배출계수, Cr는 r 차종에 대해 기 결정된 배출계수의 기울기 상수로서 r 차종에 대한 배출계수의 민감도(탄력도)를 나타낸다. 차량이 잠시 정차한 경우에도 연료는 소비되고 있기 때문에 기본적인 미세먼지 배출 값이 존재한다.
vr은 해당하는 i 도로구간에서 r 차종에 대해 감지된 속도의 평균을 사용할 수 있다. 즉, 화물차 차종의 경우, 해당 i 도로구간을 통과한 화물차가 1대이면 vr은 화물차 1대에 대한 속도 값이 될 것이고, 여러 대인 경우 vr은 화물차 여러 대의 평균 속도 값이 될 것이다. 수학식 4의 경우 배출계수의 값과 속도는 반비례 관계에 있다.
이상과 같이, 수학식 4에서 Br 및 Cr은 차종 r 별로 미리 정해진 값이며, vr은 해당 도로구간의 검지기에서 감지된 해당 차량의 속도에 의해 결정되는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서 차종별 기 설정된 Br 및 Cr 값을 수학식 4에 반영한 결과는 수학식 5와 같다.
Figure pat00046
수학식 6의 경우, 정지 속도에서의 기본 배출계수(Br)와 미세먼지 배출계수의 민감도(Cr)는 승용차보다는 화물차, 화물차보다는 버스 차종으로 갈수록 높아지는 것으로 설정된 예시이다. 물론, 사용된 Br 및 Cr 값은 변경 가능한 값이다.
이상과 같이 구성되는 비용 함수의 경우(수학식 1), 각각의 행에 해당하는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해 비용의 항에는 모두
Figure pat00047
성분이 기본적으로 포함되어 있다. 첫 번째 행의 통행시간 비용의 경우, 수학식 2와 같이
Figure pat00048
내에
Figure pat00049
성분이 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에서는 현재 각각의 검지기(a,b,c,d,e)에서 임의 시간 동안 감지된 교통정보를 수학식 1에 대입하여 비용 함수의 결과 값을 획득한 다음, 각각의 도로구간(i=1,2,3,4,5) 중에서도 합류 지점의 도로구간(i=3)에 대응하는 화물차의 교통량
Figure pat00050
(i=3, r=화물차)값을 변수로 지정하고, 이 교통량 변수를 바꾸어가면서 수학식 1의 결과 값을 재연산한다. 그 결과 최소 비용을 도출하는 변수 값이 획득되고 이 값은 합류지점의 도로구간(i=3)에 대한 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 적용되는 제약 조건과 이를 적용한 화물차 진입 제어 방법을 설명한다.
우선, 진입램프 제어부(140)는 S340 단계의 진입램프(10) 동작 제어에 따라 화물차 차종이 1대 통과할 때, 상기 고속도로 및 산업도로의 각 상류부 및 하류부에 설치된 검지기(a,b,c,d,e) 중에서 적어도 하나의 검지기로부터 수집되는 교통정보로부터 고속도로 상황 정보를 획득하고 이를 기 설정된 제약조건과 비교하여, 다음 진입하는 화물차 차종의 통과 허용 여부를 추가로 제어할 수 있다.
즉, 상기 고속도로 상황 정보가 상기 제약조건을 만족하지 않는 경우, 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 차단하고, 상기 제약조건을 만족하는 경우 상기 다음 진입하는 화물차를 통과시키도록, 상기 진입램프(10)의 동작을 제어한다. 물론 통과 시에는 앞서 획득된 최대 진입 교통량 이내로 통과시킨다.
여기서, 고속도로 상황 정보는, 구체적으로 상기 합류 지점 이전에 해당하는 상류부 구역에 대한 고속도로 및 산업도로의 정체상황 정보(고속도로 정체수준), 상기 합류 지점 이후에 해당하는 하류부 구역에 대한 산업도로 대비 고속도로의 주행성 정보(고속도로 주행성), 상기 고속도로의 상류부 구역에 대한 차로별 교통량 정보(주행속도 조화성), 상기 고속도로 및 상기 산업도로의 각 하류부 구간에서의 화물차 차종의 통행량 비중 정보(군집 주행성)를 포함할 수 있다.
여기서, 진입램프 제어부(140)는 이들 4가지 정보를 모두 고려하거나 적어도 하나의 정보를 고려하여 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 제어한다. 즉, 상기 정체상황 정보, 상기 주행성 정보, 상기 차로별 교통량 정보, 상기 통행량 비중 정보 중 적어도 하나의 정보를 기 설정된 각각의 제약조건과 비교하여, 적어도 하나의 정보가 그 제약 조건을 만족하면 상기 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 허용하도록 제어한다.
이하에서는 상기 제약조건에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, '고속도로의 정체수준' 판단을 위한 제약 조건은 다음과 같다. 고속도로의 정체수준 판단의 경우, 합류 지점 이전에 해당하는 상류부 구역에 대한 고속도로 및 산업도로의 정체상황 정보를 활용한다.
우선, 고속도로만의 정체상황을 판단하기 위하여, 진입 램프(10)에서 화물차 1대가 진입하여 통과할 때, 고속도로 본선 a2 검지기 지점에서의 통행시간 증가분을 연산하고 그 증가분이 0인 경우 다음 화물차의 진입 통과를 허용하지 않게 된다.
Figure pat00051
즉, 고속도로 용량을 초과한 교통상황(차량이 완전히 멈춰있는 정체 상황)일 경우에는 차량의 진입에 따른 통행시간 증가분이 발생하지 않게 되며, 이와 같이 차량 진입에 따른 추가 통행시간 증가분이 없을 경우에는 화물차의 진입을 허용하지 않게 하도록 한다.
수학식 6에서 xt는 화물차 교통량에 해당되며 이에 따라 수학식 2를 이용한 통행시간의 연산에는 화물차 교통량만을 대상으로 할 수 있다. 물론, 화물차 이외에도 모든 차량의 교통량을 반영하여 통행시간 증가분을 연산할 수도 있다.
한편, 본 실시예의 경우, 고속도로와 산업도로 간의 정체상황을 판단하기 위하여, 진입 램프(10)에서 화물차 1대가 진입하여 통과할 때, 고속도로의 a 검지기 지점에서의 통행시간 증가분이 산업도로의 d 검지기 지점에서의 통행시간 증가분보다 작은 경우, 다음 화물차의 진입 통과를 허용한다. 이는 수학식 7로 표현된다.
Figure pat00052
수학식 7의 경우 통행시간의 증가분 연산은 화물차 교통량(xt)을 대상으로 할 수 있다. 물론, 통행시간 증가분은 해당 도로 지점을 통과한 모든 차량의 교통량(x)을 이용하여 연산할 수도 있으며, 이는 이하의 수학식 8의 경우에도 마찬가지이다. 즉, 모든 차량의 교통량을 통행시간의 연산에 사용할 수도 있다.
다음, '고속도로 주행성' 판단을 위한 제약 조건은 다음과 같다. 고속도로 주행성 판단은 합류 지점 이후에 해당하는 하류부 구역에 대한 산업도로 대비 고속도로의 주행성 정보를 활용한다.
본 실시예의 경우, 고속도로 주행성을 확보하기 위하여, 진입 램프(10)에서 화물차 1대가 진입하여 통과할 때, 고속도로 e 검지기 지점의 통행시간 증가분이 산업도로 d 검지기 지점의 통행시간 증가분보다 작은 경우에만 고속도로 상으로 화물차가 진입하도록 제어한다. 이는 수학식 8로 표현된다.
Figure pat00053
다음, '주행속도 조화성' 판단을 위한 제약 조건은 다음과 같다. 주행속도 조화성은 고속도로의 상류부 구역에 대한 차로별 교통량 정보를 활용한다.
고속도로 차선간 속도 차이는 교통사고의 유발 요인이 되므로, 본 실시예에서는 고속도로 차선간 속도 차이를 연산하여 진입 차로의 진입 교통류를 제어함으로써 차선간 속도 불균형 현상을 해소하도록 한다. 즉, 차로간 속도차이가 너무 큰 경우에는 진입을 허용하지 않으며 이를 통해 사고를 예방한다.
구체적으로는, 진입 램프(10)에서 화물차 1대가 진입하여 통과할 때, a1 측 차로를 통과한 차량들의 평균 주행속도(va1)와 a2 측 차로를 통과한 차량들의 평균 주행속도(va1)를 비교하여, 그 차이가 사고유발 속도차이인 임계값(δ)보다 작은 경우에만 화물차의 진입을 허용한다. 이는 수학식 9로 표현된다.
Figure pat00054
그리고, '군집 주행성' 판단을 위한 제약 조건은 다음과 같다. 군집 주행성은 고속도로 및 산업도로의 각 하류부 구간에서의 화물차 차종의 통행량 비중 정보를 활용한다.
진입 램프(10)에서 화물차 1대가 진입하여 통과할 때, 고속도로의 b 지점의 화물차 통행량 비중(
Figure pat00055
)과 산업도로 e 지점의 화물차 통행량 비중(
Figure pat00056
)을 비교하여, 고속도로 측이 산업도로 측보다 작은 경우에 한하여 화물차 진입을 허용한다. 이는 수학식 10으로 표현된다.
Figure pat00057
예를 들어, 고속도로의 b 지점의 화물차 통행량 비중(
Figure pat00058
)이란, 고속도로 b 지점을 통과한 전체 차량의 통행 대수(통행량)를 100으로 할 때, 그 중에서 화물차 차량의 통과 대수가 차지하는 비율을 의미할 수 있다.
수학식 10에 의하면, 고속도로에서의 화물차의 통행량 비중이 많을 때는 화물차의 진입을 차단하여 승용차끼리의 군집 주행을 유도하고, 고속도로의 화물차의 통행량 비중이 적을 때는 화물차의 진입을 허용하여 화물차끼리의 군집 주행을 유도할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 산업도로와 고속도로가 만나는 합류 지점에 대한 화물차의 고속도로 진입을 제어하여 화물차로 인한 산업도로와 고속도로의 혼잡도뿐만 아니라 차량의 연료 비용 및 미세먼지 발생을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한, 각 도로구간에 대응하는 지역의 인구밀도 및 녹지율을 고려하여 미세먼지 위해 비용을 최소화할 수 있는 화물차의 교통량을 연산하여 이를 바탕으로 고속도로 진입램프의 신호를 제어함에 따라, 화물차로 인한 미세먼지의 위해도를 줄이고 대기 환경의 수준을 쾌적하게 관리할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 고속도로의 화물차 진입제어 장치
110: 교통정보 수집부 120: 비용함수 구성부
130: 교통량 결정부 140: 진입램프 제어부

Claims (12)

  1. 산업도로와 고속도로가 연결되는 합류 지점에서 상기 고속도로로 진입하는 화물차의 진입을 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법에 있어서,
    상기 합류 지점의 도로구간과, 상기 산업도로와 상기 고속도로의 상류부 및 하류부의 도로구간에 설치된 각각의 검지기로부터, 설정시간 동안 각 도로구간을 통과하는 차량의 차종, 차속, 교통량을 포함하는 교통정보를 수집하는 단계;
    상기 각 도로구간에 대해 발생되는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해(危害) 비용의 합으로 정의되는 비용 함수를 구성하는 단계;
    상기 각각의 검지기의 수집된 교통 정보를 상기 비용 함수 상에 대입하여 총 비용을 연산하되, 상기 교통정보 중 상기 합류 지점에 대한 화물차 차종의 교통량을 변수로 설정한 다음 상기 총 비용을 최소화하는 변수 값을 도출하여, 상기 도출된 변수 값을 상기 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정하는 단계; 및
    상기 최대 진입 교통량에 해당하는 화물차의 통과가 허용되도록, 상기 합류 지점의 도로구간에 설치된 진입램프의 온오프 동작을 제어하는 단계를 포함하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미세먼지 위해 비용은,
    기 알고 있는 미세먼지 배출단위당 위해 비용에 해당 도로구간에 대응하는 인구밀도 및 녹지율을 반영하여 결정되는 해당 도로구간의 미세먼지 배출단위당 위해 비용, 해당 도로구간의 길이, 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량, 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수를 이용하여 계산되는 고속도로의 화물차 진입제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수는,
    해당 도로구간을 통과한 해당 차종에 대한 정지 속도에서의 기본 배출계수와, 해당 차종별로 기 결정된 배출계수의 기울기 상수, 그리고 상기 해당 차종의 감지된 속도 정보를 이용하여 획득하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통행시간 비용은,
    해당 도로구간을 통과한 차종별 통행시간에 대한 단위 화폐가치와, 해당 도로구간을 통과한 차종의 교통량에 따른 차종별 통행시간을 이용하여 계산되고,
    상기 유류 비용은,
    해당 도로구간의 길이에 대응하는 차종별 통행요금, 상기 차종별 연료소모량에 대한 단위 화폐가치, 해당 도로구간의 길이, 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량, 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위 연료소모량을 이용하여 계산되는 고속도로의 화물차 진입제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 진입램프의 동작 제어에 따라 화물차가 1대 통과할 때,
    상기 고속도로 및 산업도로의 각 상류부 및 하류부에 설치된 검지기 중에서 적어도 하나의 검지기로부터 수집된 교통정보로부터 고속도로 상황 정보를 획득하여 기 설정된 제약조건과 비교하되,
    상기 고속도로 상황 정보가 상기 제약조건을 만족하지 않는 경우 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 차단하고, 상기 제약조건을 만족하는 경우 상기 다음 진입하는 화물차를 상기 최대 진입 교통량 이내로 통과시키도록, 상기 진입램프의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고속도로 상황 정보는,
    상기 합류 지점 이전에 해당하는 상류부 구역에 대한 고속도로 및 산업도로의 정체상황 정보, 상기 합류 지점 이후에 해당하는 하류부 구역에 대한 산업도로 대비 고속도로의 주행성 정보, 상기 고속도로의 상류부 구역에 대한 차로별 교통량 정보, 상기 고속도로 및 상기 산업도로의 각 하류부 구간에서의 화물차 차종의 통행량 비중 정보를 포함하고,
    상기 정체상황 정보, 상기 주행성 정보, 상기 차로별 교통량 정보, 상기 통행량 비중 정보 중 적어도 하나의 정보를 기 설정된 각각의 제약조건과 비교하여 상기 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 방법.
  7. 산업도로와 고속도로가 연결되는 합류 지점에서 상기 고속도로로 진입하는 화물차의 진입을 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 장치에 있어서,
    상기 합류 지점의 도로구간과, 상기 산업도로와 상기 고속도로의 상류부 및 하류부의 도로구간에 설치된 각각의 검지기로부터, 설정시간 동안 각 도로구간을 통과하는 차량의 차종, 차속, 교통량을 포함하는 교통정보를 수집하는 교통정보 수집부;
    상기 각 도로구간에 대해 발생되는 통행시간 비용, 유류 비용, 미세먼지 위해(危害) 비용의 합으로 정의되는 비용 함수를 구성하는 비용함수 구성부;
    상기 각각의 검지기의 수집된 교통 정보를 상기 비용 함수 상에 대입하여 총 비용을 연산하되, 상기 교통정보 중 상기 합류 지점에 대한 화물차 차종의 교통량을 변수로 설정한 다음 상기 총 비용을 최소화하는 변수 값을 도출하여, 상기 도출된 변수 값을 상기 화물차 차종의 최대 진입 교통량으로 결정하는 교통량 결정부; 및
    상기 최대 진입 교통량에 해당하는 화물차의 통과가 허용되도록, 상기 합류 지점의 도로구간에 설치된 진입램프의 온오프 동작을 제어하는 진입램프 제어부를 포함하는 고속도로의 화물차 진입제어 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 미세먼지 위해 비용은,
    기 알고 있는 미세먼지 배출단위당 위해 비용에 해당 도로구간에 대응하는 인구밀도 및 녹지율을 반영하여 결정되는 해당 도로구간의 미세먼지 배출단위당 위해 비용, 해당 도로구간의 길이, 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량, 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수를 이용하여 계산되는 고속도로의 화물차 진입제어 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 차종별 주행속도에 따른 단위거리당 미세먼지 배출계수는,
    해당 도로구간을 통과한 해당 차종에 대한 정지 속도에서의 기본 배출계수와, 해당 차종별로 기 결정된 배출계수의 기울기 상수, 그리고 상기 해당 차종의 감지된 속도 정보를 이용하여 획득하는 고속도로의 화물차 진입제어 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 통행시간 비용은,
    해당 도로구간을 통과한 차종별 통행시간에 대한 단위 화폐가치와, 해당 도로구간을 통과한 차종의 교통량에 따른 차종별 통행시간을 이용하여 계산되고,
    상기 유류 비용은,
    해당 도로구간의 길이에 대응하는 차종별 통행요금, 상기 차종별 연료소모량에 대한 단위 화폐가치, 해당 도로구간의 길이, 해당 도로구간을 통과한 차종별 교통량, 그리고 상기 차종별 주행속도에 따른 단위 연료소모량을 이용하여 계산되는 고속도로의 화물차 진입제어 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 진입램프 제어부는,
    상기 진입램프의 동작 제어에 따라 화물차가 1대 통과할 때,
    상기 고속도로 및 산업도로의 각 상류부 및 하류부에 설치된 검지기 중에서 적어도 하나의 검지기로부터 수집된 교통정보로부터 고속도로 상황 정보를 획득하여 기 설정된 제약조건과 비교하되,
    상기 고속도로 상황 정보가 상기 제약조건을 만족하지 않는 경우 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과를 차단하고, 상기 제약조건을 만족하는 경우 상기 다음 진입하는 화물차를 상기 최대 진입 교통량 이내로 통과시키도록, 상기 진입램프의 동작을 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고속도로 상황 정보는,
    상기 합류 지점 이전에 해당하는 상류부 구역에 대한 고속도로 및 산업도로의 정체상황 정보, 상기 합류 지점 이후에 해당하는 하류부 구역에 대한 산업도로 대비 고속도로의 주행성 정보, 상기 고속도로의 상류부 구역에 대한 차로별 교통량 정보, 상기 고속도로 및 상기 산업도로의 각 하류부 구간에서의 화물차 차종의 통행량 비중 정보를 포함하고,
    상기 진입램프 제어부는,
    상기 정체상황 정보, 상기 주행성 정보, 상기 차로별 교통량 정보, 상기 통행량 비중 정보 중 적어도 하나의 정보를 기 설정된 각각의 제약조건과 비교하여 상기 다음 진입하는 화물차의 고속도로 통과을 제어하는 고속도로의 화물차 진입제어 장치.
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