KR20190116834A - Gps reflected wave analysis system for road surface freeze detection - Google Patents

Gps reflected wave analysis system for road surface freeze detection Download PDF

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KR20190116834A
KR20190116834A KR1020180039905A KR20180039905A KR20190116834A KR 20190116834 A KR20190116834 A KR 20190116834A KR 1020180039905 A KR1020180039905 A KR 1020180039905A KR 20180039905 A KR20180039905 A KR 20180039905A KR 20190116834 A KR20190116834 A KR 20190116834A
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KR1020180039905A
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임기영
이희순
안태규
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(주)지오룩스
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Abstract

Disclosed is a GPS reflected wave measuring and analyzing system for detecting road surface. The present disclosure provides a GPS reflected wave analyzing system for minimizing multipath effects and signal noise patterns. Specifically, by measuring the signal strength and phase by the microwave GPS reflected wave and analyzing measured data, various surface media information caused by various physical properties of the surface can be accurately grasped.

Description

도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템{GPS REFLECTED WAVE ANALYSIS SYSTEM FOR ROAD SURFACE FREEZE DETECTION}GPS REFLECTED WAVE ANALYSIS SYSTEM FOR ROAD SURFACE FREEZE DETECTION

본 개시는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템에 관한 것으로 구체적으로, 겨울철 도로 노면 결빙에 의한 사고를 막기 위해 GPS 신호가 반사된 지표 매질의 물리적 특성을 지속적으로 정밀하게 탐지하도록 구성된, 원격 데이터 전송 방식의 고정밀도 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템에 관한 것이다. The present disclosure relates to a GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting road frost detection. Specifically, the present disclosure is configured to continuously and precisely detect physical characteristics of a surface medium on which a GPS signal is reflected to prevent an accident caused by road frost in winter. The present invention relates to a high accuracy GPS echo measurement and analysis system using a remote data transmission method.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the contents described in this section are not prior art to the claims of this application, and inclusion in this section is not admitted to be prior art.

블랙아이스는 기온이 급격히 내려갈 경우, 도로 위에 녹았던 눈이 다시 얇은 빙판으로 얼어붙는 도로 결빙 현상이다. 블랙아이스는 검정색 얼음이 아니라, 투명한 얼음이 아스팔트 위를 마치 코팅한 것처럼 뒤덮어 운전자의 눈에는 도로에 얼음이 없는 건조한 상태(검정색)로 보이는 현상이다. Black ice is a road freezing phenomenon where snow melts on the road and freezes back into thin ice when temperatures drop sharply. Black ice is not black ice, but transparent ice that covers the asphalt as if it were coated, so the driver's eyes appear dry (black) with no ice on the road.

만약 비가 영상의 기온에서 내리더라도, 지상의 기온이 영하권이고 도로의 표면온도가 기온보다 더 낮은 영하 2~3도까지 떨어지는 경우, 비는 내리는 순간 바닥에 얼게 된다. 구체적으로, 빗방울이 어는점 이하로 내려가서도 얼지 않는 과 냉각 상태를 유지하다 지표에 떨어지면서 순식간에 얼어붙게 된다. 즉, 대기의 기온이 0℃℃ 부근이라도 도로표면의 온도가 영하라면, 빗방울은 쉽게 달라붙어 얼어버린다. Even if rain falls at the temperature of the image, if the ground temperature is below zero and the road's surface temperature drops to two or three degrees below zero, the rain freezes on the floor. Specifically, the raindrops are frozen below the freezing point as they fall below the freezing point and fall to the surface. That is, even if the air temperature is near 0 ° C, if the surface temperature of the road is zero, raindrops easily stick and freeze.

한편, 도로표면의 온도는 대기의 기온보다 이른 아침에는 낮고, 낮에는 높다. 따라서 어는 비는 보통 새벽과 오전 사이에 많이 발생하고, 어는 비는 같은 도로에서도 교각에 빈번히 발생한다. 교각과 같은 지역은 지표면에 열손실이 크기 때문이다. On the other hand, the surface of the road is low in the morning and high in the day before the air temperature. Therefore, freezing rain usually occurs between dawn and morning, and freezing rain frequently occurs on piers on the same road. Areas such as piers are due to the high heat loss on the surface.

블랙아이스에 의한 도로 노면 결빙 상태를 탐지하기 위해 종래에는 (1)기존 도로 표면 온도를 분석하여 노면상태를 예측했다. 도로 표면 온도 분석을 통해 노면상태를 예측하는 기술은 노면상태예측 모델에 의한 간접적인 예측 방법으로서 실질적으로 생긴 얼음을 탐지하기 보다는 빙점으로의 접근 및 온도 변화 등을 감지하므로 비교적 정확도에서 다소 떨어지는 단점을 가진다. In order to detect road frost conditions caused by black ice, conventionally, (1) an existing road surface temperature was analyzed to predict road conditions. The technology for predicting road conditions through road surface temperature analysis is an indirect prediction method based on the road surface prediction model, which detects approaching freezing point and temperature change rather than detecting ice that is actually generated. Have

또한, 종래에는 (2)적외선 및 레이저 산란 반사 분석을 통해 도로 노면 결빙 상태를 감지하기도 했다. 적외선 및 레이저 산란 반사 분석 기술은 적외선과 레이저의 산란, 반사 특성 분석을 통해 감지하는 것으로, 보통 제품 1대에 1천만원 내외의 비교적 고가 수입 제품이며 이 방식은 10m 내외의 짧은 거리에 한정적으로 적용하는데 있어서 효과적이라는 것이 단점이다. In addition, conventionally, (2) the road road frost state was detected through infrared and laser scattering reflection analysis. Infrared and laser scattering reflection analysis technology detects by infrared and laser scattering and reflection characteristic analysis. It is a relatively expensive imported product of about 10 million won per one product, and this method is limited to a short distance of about 10m. The disadvantage is that it is effective.

또한, 종래의 (3)영상 분석 기술을 통해 노면상태를 예측하는 기술은 날씨 및 밝기 등에 의한 제약이 비교적 크게 작용하는 것으로, 구름이나 안개가 꼈다거나 날이 어두운 야간에는 시야 확보가 어렵게 되므로 탐지에 취약한 문제가 있다. In addition, the conventional technology for predicting road conditions through image analysis (3) is that the restriction due to weather and brightness is relatively large, and it is difficult to secure a field of vision at night when clouds or fog are applied or when the day is dark. There is a problem.

1. 한국 특허등록 제 10-1124888호(2012.02.29)1. Korea Patent Registration No. 10-1124888 (2012.02.29)

본 개시에서는 멀티패스 효과 및 신호 노이즈 패턴을 최소화 시키는 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템을 제공한다. 구체적으로 마이크로파인 GPS 반사파에 의한 신호 강도 및 위상 등을 측정하고, 측정된 데이터를 분석하여, 지표면의 여러 가지 물리적 특성들에 기인하는 다양한 지표 매질 정보를 보다 정밀하게 파악할 수 있도록 한다. The present disclosure provides a GPS echo measurement and analysis system that minimizes multipath effects and signal noise patterns. Specifically, by measuring the signal strength and phase by the microwave GPS reflected wave, and by analyzing the measured data, it is possible to more accurately grasp the various surface medium information due to various physical properties of the surface.

실시예에 따른 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템은 GPS(Global Positioning System) 신호의 위상정보, GPS 위성 배치 정보, 노면 위치 정보, GPS 신호 정보를 포함하는 도로 노면 결빙 탐지 정보를 저장하는 데이터 로거(data logger); GPS 신호, GPS 신호의 위상 및 고유번호를 포함하는 위성관측정보와 대상 관측지점인 도로 노면에서 관측된 GPS 신호인 RHCP(Right Hand Circular Polarization), GPS 신호에 대한 반사신호인 LHCP(Left Hand Circular Polarization)를 포함하는 GPS 반사신호와 반사신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하고, GPS 반사신호를 신호강도에 따라 시각화 하는 수신모듈; 및 수신모듈에서 수집된 GPS 반사신호의 강도, GPS 신호의 위상 정보, 및 위성 배치 정보를 기반으로 도로노면의 결빙 상태를 판단하는 분석서버; 를 포함한다.GPS reflected wave measurement and analysis system for road surface freezing detection according to an embodiment stores the road surface freezing detection information including the phase information, GPS satellite positioning information, road surface location information, GPS signal information of the GPS (Global Positioning System) signal A data logger; GPS observation, RHCP (Right Hand Circular Polarization), which is the GPS signal observed on the road surface, which is the GPS observation point, phase and unique number of the GPS signal, and the target observation point, and LHCP (Left Hand Circular Polarization), which is the reflection signal for the GPS signal. Receiving module for receiving the GPS reflection signal and the temperature and humidity change data of the time zone measured the reflection signal, and visualizes the GPS reflection signal according to the signal strength; And an analysis server for determining a freezing state of the road surface based on the strength of the GPS reflection signal collected by the receiving module, the phase information of the GPS signal, and the satellite arrangement information. It includes.

다른 실시예에 따른 수신모듈 및 분석서버를 포함하는 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템의 도로노면 결빙 탐지 방법은 (A) 수신모듈의 데이터 로거에 GPS(Global Positioning System) 신호의 위상정보, GPS 위성 배치 정보, 노면 위치 정보, GPS 신호 정보를 포함하는 도로 노면 결빙 탐지 정보를 저장하는 단계; (B) 수신모듈에서 GPS 신호, GPS 신호의 위상 및 고유번호를 포함하는 위성관측정보와 대상 관측지점인 도로 노면에서 관측된 GPS 신호인 RHCP(Right Hand Circular Polarization), GPS 신호에 대한 반사신호인 LHCP(Left Hand Circular Polarization)를 포함하는 GPS 반사신호와 반사신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하는 단계; (C) 수신모듈에서 GPS 반사신호를 신호강도에 따라 시각화 하는 단계; 및 (D) 분석서버에서 수신모듈에서 수집된 GPS 신호 정보와 GPS 반사파 강도를 통해 도로노면의 결빙 상태를 판단하는 단계; 를 포함한다.Road surface freezing detection method of the GPS reflection wave measurement and analysis system including a receiving module and the analysis server according to another embodiment (A) phase information of the GPS (Global Positioning System) signal to the data logger of the receiving module, GPS satellite positioning information Storing road surface freezing detection information including road surface location information and GPS signal information; (B) GPS signal, satellite observation information including GPS signal phase and unique number and RHCP (Right Hand Circular Polarization), which is the GPS signal observed on the road surface of the target observation point, Receiving temperature and humidity change data of a GPS reflection signal including a left hand circular polarization (LHCP) and a time zone when the reflection signal is measured; (C) visualizing the GPS reflected signal according to the signal strength in the receiving module; And (D) determining the freezing state of the road surface based on the GPS signal information and the GPS reflected wave strength collected by the receiving module in the analysis server. It includes.

실시예에 따른 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템은 야간 혹은 구름이나 안개가 낀 날씨에도 GPS 반사파 관측이 가능하여 날씨가 좋지 않을 때도 도로노면 상태정보를 정확히 파악할 수 있다. GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting the road surface freezing according to the embodiment is able to observe the GPS reflected wave at night or even cloudy or cloudy weather can accurately grasp the road surface state information even when the weather is bad.

또한 GPS 반사파 방식은 수동적(passive) 방식으로 유지보수 비용이 적게 들고 비교적 넓은 범위와 거리에서 GPS 반사파를 측정할 수 있다.In addition, the GPS echo method is passive and can be used to measure GPS echoes over a relatively wide range and distance with low maintenance costs.

수신모듈에 구비된 안테나 및 측정부의 높이, 기울기, 방향 등의 조절이 가능하며 방수, 전원공급, 저온극복 기능 및 지면상의 고정을 위한 거치대를 이용하여 장시간 안정적으로 GPS 반사파를 모니터링 할 수 있다. It is possible to adjust the height, inclination, direction, etc. of the antenna and measuring unit provided in the receiving module, and it can monitor the GPS reflected wave stably for a long time by using the holder for waterproofing, power supply, low temperature overcome function, and ground fixing.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1a는 실시예에 따른 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템을 설명하기 위한 도면
도 1b는 실시예에 따른 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템을 나타낸 도면
도 2는 실시예에 따른 수신모듈(100)의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 분석서버(200)의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면
도 4a는 수신모듈(100)을 도로에 직접 설치하여 도로노면 결빙 탐지를 위한 위성정보 및 GPS 반사파를 수집하는 과정을 나타낸 도면
도 4b는 수집된 위성정보와 GPS 반사파를 분석한 실시예를 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 분석 시스템의 신호흐름도
1A is a diagram illustrating a GPS reflected wave measurement and analysis system according to an embodiment.
1B is a diagram illustrating a GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting road frost according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a data processing configuration of a receiving module 100 according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a data processing block of an analysis server 200 according to an embodiment.
4a is a diagram illustrating a process of collecting satellite information and GPS reflected waves for detecting road frost by installing a receiving module 100 directly on a road.
4b is a diagram illustrating an embodiment in which collected satellite information and GPS reflected waves are analyzed;
5 is a signal flow diagram of a GPS echo wave analysis system for detecting road surface ice according to an embodiment.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments of the present invention make the disclosure of the present invention complete and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present disclosure, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present disclosure, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and may vary according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

본 개시는 도로노면 결빙 탐지를 위한 원격 데이터 전송 방식의 GPS 반사파 수신 모듈을 포함하는 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템에 관한 것이다. 실시예에 따른 분석 시스템은 도로노면 결빙 탐지를 위한 원격 데이터 전송을 가능하게 하고, 데이터 전처리를 통해 멀티패스 및 GPS 신호 노이즈를 최소화 할 수 있도록 한다. The present disclosure relates to a GPS reflected wave measurement and analysis system including a GPS reflected wave receiving module of a remote data transmission method for detecting road freezing. The analysis system according to the embodiment enables remote data transmission for road surface freezing detection and minimizes multipath and GPS signal noise through data preprocessing.

도 1a는 실시예에 따른 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1A is a diagram illustrating a GPS reflected wave measurement and analysis system according to an embodiment.

실시예에 따른 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템에서는 여러 GPS 위성에서 송출된 신호가 지표면(A, B)에서 반사되면 반사파 신호를 수집한다. 클라우드 기반 데이터 저장장치에서는 위치 별 반사신호뿐만 아니라 반사신호를 측정한 시간, 반사신호의 강도를 산출하여 저장하고, 반사신호를 생성한 GPS 신호의 신호강도, 신호위상, 위성정보 및 촬영영상 등을 포함하는 GPS 신호정보와 GPS 신호가 반사된 지표면의 온도 및 습도 정보까지 저장한다. 분석서버(20)는 데이터 저장장치로부터 GPS 신호정보 및 반사신호 데이터와 지표면의 온 습도 정보를 수신하고 수신된 데이터를 분석하여, 지표 반사면의 물성을 분석한다. 예컨대, 분석서버(200)는 GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 반사계수(Reflection Coefficient)로 변환하고 변환된 반사계수에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 판단할 수 있다. 구체적으로 지연 계수가 제1설정값을 초과하고, 에너지 크기를 나타내는 계수가 제2설정값 미만인 경우, 도로노면 상태를 결빙(snow) 상태로 판단할 수 있다. 다른 예로서 반사신호 분석결과 분극 계수가 존재하고, 에너지 크기의 감쇄 비율이 일정 비율 미만인 경우, 도로노면 상태를 건조(dry) 상태로 판단할 수 있다. 이러한 판단기준은 실험적 데이터를 구축하여 분석서버(200)에 미리 저장하거나, 반사신호 데이터와 데이터 해석 자료가 저장된 다른 서버와 통신하며 분석서버(200)에서 도로노면 상태를 판단하도록 할 수 있다. In the GPS reflected wave measurement and analysis system according to the embodiment, when the signals transmitted from several GPS satellites are reflected on the ground surfaces A and B, the reflected wave signals are collected. The cloud-based data storage device calculates and stores the time of measuring the reflected signal as well as the reflected signal for each location, the intensity of the reflected signal, and stores the signal strength, signal phase, satellite information, and photographed image of the generated GPS signal. It stores the GPS signal information and the temperature and humidity information of the ground surface is reflected GPS signal. The analysis server 20 receives the GPS signal information and the reflected signal data and the temperature and humidity information of the ground surface from the data storage device and analyzes the received data to analyze the properties of the ground reflective surface. For example, the analysis server 200 converts a reflection signal characteristic including a delay, a Doppler shift, a power strength, and polarization of a GPS reflection signal into a reflection coefficient. The freezing state of the road surface can be determined according to the converted reflection coefficient. Specifically, when the delay coefficient exceeds the first set value and the coefficient representing the energy level is less than the second set value, the road surface state may be determined to be a snow state. As another example, when the reflection signal analysis results in the polarization coefficient and the attenuation ratio of the energy magnitude is less than a predetermined ratio, the road surface state may be determined to be a dry state. Such a criterion may construct experimental data and store it in advance in the analysis server 200 or communicate with other servers in which reflected signal data and data analysis data are stored, and determine the road surface state in the analysis server 200.

도 1b는 실시예에 따른 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템을 나타낸 도면이다.FIG. 1B is a diagram illustrating a GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting road surface freezing according to an embodiment.

도 1b를 참조하면, GPS 반사파 측정 및 분석 시스템은 수신모듈(100), 분석서버(200) 및 컴퓨팅기기(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '모듈' 이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.Referring to FIG. 1B, the GPS reflected wave measurement and analysis system may include a receiving module 100, an analysis server 200, and a computing device 300. The term 'module', as used herein, should be interpreted to include software, hardware or a combination thereof, depending on the context in which the term is used. For example, the software can be machine language, firmware, embedded code, and application software. As another example, the hardware may be a circuit, a processor, a computer, an integrated circuit, an integrated circuit core, a sensor, a micro-electro-mechanical system (MEMS), a passive device, or a combination thereof.

수신모듈(100)은 위성관측정보, GPS 반사신호 및 반사 신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하고, GPS 반사신호를 시각화한다. 예컨대, 위성관측정보에는 반사신호를 생성하는 GPS 신호, 위성관측정보와 대상 관측지점인 도로 노면에서 관측된 GPS 신호인 RHCP(Right Hand Circular Polarization), GPS 신호의 위상 및 고유번호 등 GPS 신호의 고유정보가 포함될 수 있다. GPS 반사신호에는 위성관측정보와 대상 관측지점인 도로 노면에서 관측된 GPS 신호의 반사 신호인 LHCP(Left Hand Circular Polarization)가 포함될 수 있다.The receiving module 100 receives the satellite observation information, the GPS reflection signal and the temperature and humidity change data of the time zone in which the reflection signal is measured, and visualizes the GPS reflection signal. For example, the GPS observation information includes a GPS signal generating a reflected signal, a GPS signal generated from the road surface, which is a satellite observation information, and a target observation point, RHCP (Right Hand Circular Polarization), a phase and a unique number of the GPS signal. Information may be included. The GPS reflection signal may include LHCP (Left Hand Circular Polarization), which is a reflection signal of the GPS signal observed on the road surface, which is satellite observation information and a target observation point.

실시예에서는 수신모듈(100)에 열화상 카메라 또는 온도 감지 카메라 등이 구비될 경우, 수신모듈(100)은 GPS 반사신호와 반사 신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 모니터링 할 수 있다.In an embodiment, when the receiving module 100 includes a thermal imaging camera or a temperature sensing camera, the receiving module 100 may monitor the temperature and humidity change data of the time when the GPS reflection signal and the reflection signal are measured.

데이터 로거(data logger)는 GPS(Global Positioning System) 신호의 위상정보, GPS 위성 배치 정보, 노면 위치 정보, GPS 신호 정보를 포함하는 도로 노면 결빙 탐지 정보를 저장한다. 실시예에서 데이터 로거는 수신모듈(100)에 포함되어 구성되거나 수신모듈과 무선 통신하는 저장 서버로 구성될 수 있다.The data logger stores road road ice detection information including phase information, GPS satellite positioning information, road surface location information, and GPS signal information of a global positioning system (GPS) signal. In an embodiment, the data logger may be included in the receiving module 100 or may be configured as a storage server wirelessly communicating with the receiving module.

분석서버(200)는 수신모듈(100)에서 수집된 GPS 반사 신호의 신호 강도, GPS 신호의 위상 정보, 위성 배치 정보 및 GPS 반사신호의 시각화 정보를 분석하여 도로노면의 결빙 상태를 판단한다.The analysis server 200 analyzes the signal strength of the GPS reflection signal collected by the reception module 100, the phase information of the GPS signal, the satellite arrangement information, and the visualization information of the GPS reflection signal to determine the freezing state of the road surface.

도 2는 실시예에 따른 수신모듈(100)의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a data processing configuration of a receiving module 100 according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 수신모듈(100)은 GPS 신호 수신용 상향 안테나(10, RHCP, Right hand Circular Polarization), GPS 반사파 수신용 하향 안테나(20, LHCP, Left hand Circular Polarization), 데이터 수집부(110), 데이터 처리부(130) 및 데이터 로거(150)을 포함하여 구성될 수 있다. 데이터 수집부(110)는 모니터링부(111) 및 로깅부(113)를 포함하여 구성될 수 있고, 데이터 처리부(130)는 시각화부(131) 및 통신부(133)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the reception module 100 includes an upward antenna 10 (RHCP, right hand circular polarization) for receiving a GPS signal, a downward antenna 20 (LHCP, left hand circular polarization) for receiving a GPS reflected wave, and a data collection unit ( 110, the data processor 130, and the data logger 150 may be configured. The data collection unit 110 may include a monitoring unit 111 and a logging unit 113, and the data processing unit 130 may include a visualization unit 131 and a communication unit 133.

GPS 신호 수신용 상향 안테나(10, RHCP)는 위성관측정보를 수신한다. 예컨대, 상향 안테나(10)는 GPS 신호, GPS 신호의 위상, 고유번호 등 GPS 신호의 고유정보를 실시간으로 수신한다.The uplink antenna 10 (RHCP) for receiving GPS signals receives satellite observation information. For example, the uplink antenna 10 receives in real time the unique information of the GPS signal such as the GPS signal, the phase of the GPS signal, the unique number, and the like.

GPS 반사파 수신용 하향 안테나(20, LHCP)는 도로 면에 반사된 GPS 반사신호를 수신한다.The downlink antenna 20 (LHCP) for receiving the GPS reflection wave receives the GPS reflection signal reflected on the road surface.

데이터 수집부(110)의 모니터링부(111)는 GPS 신호 수신용 상향 안테나(10, RHCP)로부터 수집한 위성관측정보와 GPS 반사파 수신용 하향 안테나(20, LHCP)로부터 수집한 도로 면에 반사된 GPS 반사신호를 수집하고, 모니터링부(111)는 수집된 위성관측정보, GPS 반사신호 및 반사신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 모니터링 한다.The monitoring unit 111 of the data collection unit 110 is reflected on the road surface collected from the satellite observation information collected from the uplink antenna 10 (RHCP) for receiving GPS signals and the down antennas 20 (LHCP) for receiving GPS reflected waves. The GPS reflection signal is collected, and the monitoring unit 111 monitors the collected satellite observation information, the GPS reflection signal, and the temperature and humidity change data of the time zone when the reflection signal is measured.

로깅부(113)는 모니터링된 GPS 반사신호에서, 반사가 이루어지는 지표면 매질 별로 GPS의 신호강도 정보, 위상정보, 위성 배치 정보를 포함하는 로깅 데이터를 수집, 저장한다. 로깅부(113)에 저장되는 데이터에는 표 1에 기재된 신호 측정 주기, 수신 주파수, 채널 수 및 입력전원의 단위와 성능에 대한 데이터도 포함될 수 있다.The logging unit 113 collects and stores logging data including signal strength information, phase information, and satellite configuration information of the GPS for each surface medium on which the reflected GPS reflection signal is reflected. The data stored in the logging unit 113 may also include data on a signal measurement period, a reception frequency, a number of channels, and a unit and performance of an input power source described in Table 1.

로깅 데이터 예 Logging data example 성능 지표Performance indicators 측정 주기Measuring cycle 수신 주파수Receiving frequency 수신 채널 수Receive Channels 입력 전원Input power 단위unit second MHzMHz ChCh VV 구현 성능Implementation performance 1초 이내Within 1 second 1575.42MHz
GPS L1
1575.42 MHz
GPS L1
2~4 Ch2 ~ 4 Ch 5~12V DC5 ~ 12V DC

데이터 처리부(130)의 시각화부(131)는 로깅부(113)에 저장된 GPS 반사신호를 수집하고, 수집된 신호를 기반으로 CSV (comma-separated values)데이터를 생성한다. CSV 는 몇 가지 필드를 쉼표로 구분한 텍스트 데이터 및 텍스트 파일이다. 시각화부(131)는 CSV 파일 생성 이후, 수신모듈이 설치된 위치 기준으로 위성 고도에 따라 변화하는 첫 번째 지표 반사면 위치(FFZ; First Fresnel Zone) 를 추적하여 지표 반사면 위치를 시각화 하는 시각화한다. 예컨대, 시각화부(131)는 로깅데이터에 포함된 위성 고도 및 첫 번째 지표 반사면 위치 변화에 따른 안테나 별 위성 신호 수신강도(C/N0) 그래프로 변환할 수 있다. The visualization unit 131 of the data processor 130 collects GPS reflection signals stored in the logging unit 113 and generates comma-separated values (CSV) data based on the collected signals. CSV is a text data and text file with several fields separated by commas. After generating the CSV file, the visualization unit 131 visualizes the surface of the surface reflecting surface by tracking the first surface reflecting surface position (FFZ; First Fresnel Zone), which changes according to the satellite altitude, based on the installed position of the receiving module. For example, the visualization unit 131 may convert the satellite signal reception intensity (C / N0) graph for each antenna according to the satellite altitude included in the logging data and the first surface reflection surface position change.

통신부(133)는 GPS 위성 별로 시간 경과에 따라 GPS의 신호강도, 위상 및 위성 배치 정보를 포함하는 로깅 데이터 및 지표 반사면 위치정보를 수집하여, 분석서버(200)로 전송한다.The communication unit 133 collects the logging data including the signal strength, the phase, and the satellite arrangement information of the GPS, and the surface of the reflecting surface of the GPS satellites over time, and transmits them to the analysis server 200.

도 3은 실시예에 따른 분석서버(200)의 데이터 처리 블록을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a data processing block of the analysis server 200 according to the embodiment.

도 3을 참조하면, 실시예에 따른 분석서버(200)는 전처리부(210), 분석부(220) 및 판단부(230)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the analysis server 200 according to the embodiment may include a preprocessor 210, an analyzer 220, and a determiner 230.

실시예에 따른 분석서버(200)는 GPS 반사 신호와 위성관측정보를 비교하여, GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 추출한다. 실시예에서는 반사신호 특성 추출을 위해, GPS 반사파(GPS-R, GPS reflectrometry)를 수집한다. GPS 반사파는 위성으로부터 직접적으로 오는 파에 비해, 지연(delay), 도플러 이동(Doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization) 등의 차이를 보인다. 실시예에서는 반사신호 특성과 반사파와 GPS 신호 차이를 통해 지표면의 결빙상태 등 다양한 지표특성에 대한 정보를 알 수 있도록 한다. 이를 위해, 분석서버(200)의 전처리부(210)는 멀티패스 및 노이즈 패턴을 최소화하도록 수신모듈(100)에서 전송된 로깅 데이터, 지표 반사면 위치정보, GPS 반사신호, 반사 신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 전처리 한다. The analysis server 200 according to the embodiment compares the GPS reflection signal and satellite observation information, and includes a delay, a Doppler shift, a power strength, and polarization of the GPS reflection signal. The reflection signal characteristic is extracted. In the embodiment, the GPS reflectrometry (GPS-R) is collected to extract the reflection signal characteristics. GPS reflected waves show differences in delay, Doppler shift, power strength, and polarization compared to waves coming directly from satellites. In the embodiment, the information on the various surface characteristics such as the freezing state of the ground surface can be obtained through the characteristics of the reflected signal and the difference between the reflected wave and the GPS signal. To this end, the preprocessing unit 210 of the analysis server 200 is a time zone in which the logging data transmitted from the receiving module 100, the surface reflection surface position information, the GPS reflection signal, and the reflection signal are measured to minimize the multipath and the noise pattern. Receive temperature and humidity change data and preprocess the received data.

분석부(220)는 전처리 된 데이터로부터 GPS 반사파 수신 모듈의 상향 안테나 및 하향안테나에 기록된 지표면 매질 별 신호 강도 변화를 파악한다.The analysis unit 220 detects a change in signal strength for each surface medium recorded in the uplink antenna and the down antenna of the GPS reflected wave receiving module from the preprocessed data.

판단부(230)는 분석부(220)에서 판단된 지표면 매질 별 신호강도 변화 및 반사신호 특성에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 건조(dry), 습윤(wet), 결빙(Ice) 및 강설(snow) 상태 중 어느 하나로 판단한다.The determination unit 230 may dry, wet, ice, and snow the road surface freezing state according to the signal intensity change and the reflection signal characteristic for each surface medium determined by the analysis unit 220. ) Is judged as one of the states.

도 4a는 수신모듈(100)을 도로에 직접 설치하여 도로노면 결빙 탐지를 위한 위성정보 및 GPS 반사파를 수집하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 4b는 수집된 위성정보와 GPS 반사파를 분석한 실시예를 나타낸 도면이다. 4A is a diagram illustrating a process of collecting satellite information and GPS reflected waves for detecting road surface freezing by installing the reception module 100 directly on a road, and FIG. 4B illustrates an embodiment of analyzing collected satellite information and GPS reflected waves. The figure shown.

도 4a에 도시된 바와 같이, 수신모듈(100)을 도로 및 터널 부근에 설치하고 위성정보와 GPS 반사 데이터 수집하여, 수집된 데이터를 전처리 한다. 실시예에서 수신모듈은 측정부, 지그 및 함체부, 전원부, 제어부, 전처리부를 포함하여 구성될 수 있다. 측정부는 상향 RHCP 싱글 안테나를 통해 위성정보를 수집하고, 하향 RHCP/LHCP 듀얼 안테나에서 수집된 GPS 위성정보와 GPS 반사파 신호를 측정한다. 지그 및 함체부는 수신모듈의 몸체에 해당하는 부분으로, 지그 및 함체부에 측정부, 전원부 및 전처리부가 연결 되도록 구성할 수 있다.As shown in FIG. 4A, the reception module 100 is installed near roads and tunnels, and satellite information and GPS reflection data are collected to preprocess the collected data. In an embodiment, the receiving module may include a measuring unit, a jig and a housing, a power supply unit, a control unit, and a preprocessor. The measurement unit collects satellite information through an uplink RHCP single antenna, and measures GPS satellite information and GPS echo signals collected from a downlink RHCP / LHCP dual antenna. The jig and the housing part is a part corresponding to the body of the receiving module, it may be configured to connect the measuring unit, power supply and pre-processing unit to the jig and the housing.

전처리부는 GPS 반사파 수신 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 기반으로 CSV 파일 생성한다. 이후, 수신모듈 설치 위치 기준으로 위성 고도에 따라 변화하는 첫 번째 지표 반사면 위치(FFZ; First Fresnel Zone)를 추적한 정보를 시각화하고, 위성 고도 및 FFZ 변화에 따른 안테나 별 위성 신호 수신강도(C/N0) 그래프를 생성한다.The preprocessor collects GPS echo data and generates a CSV file based on the collected data. Then, visualize the information tracking the first Fresnel Zone (FFZ) which changes according to the satellite altitude based on the receiving module installation position, and receive the satellite signal reception intensity by antenna according to the satellite altitude and FFZ change. / N0) Create a graph.

전처리 된 데이터는 도 4b에 도시된 바와 같이, 도로 상태에 따라 신호 수신강도와 반사신호 특성이 다른 양상으로 디스플레이 되고, 이를 통해 도로 결빙상태를 파악 할 수 있다. As shown in FIG. 4B, the pre-processed data is displayed in different aspects of signal reception intensity and reflection signal characteristics according to the road condition, and thus the road freezing state can be identified.

도 5는 실시예에 따른 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템의 신호흐름도이다.5 is a signal flow diagram of a GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting road surface ice according to an embodiment.

S510 단계에서는 수신모듈(100)에 포함된 영상촬영카메라 및 열화상 카메라로부터 위성신호와 GPS 반사신호 측정 시간대의 주변온도와 습도 변화를 모니터링 한다.In the step S510 monitors the ambient temperature and humidity changes in the satellite signal and GPS reflected signal measurement time zone from the image recording camera and the thermal imaging camera included in the receiving module 100.

S520 단계에서는 수신모듈(100)에서 상향 및 하향 안테나를 통해 위성 신호를 로깅 한다. 이후, S530 단계에서는 GPS 위성 별로 각 신호가 반사되는 지표면 범위를 시각화 한다. 예컨대, S520 단계에서는 로깅데이터에 포함된 위성 고도 및 첫 번째 지표 반사면 위치 변화에 따른 안테나 별 위성 신호 수신강도(C/N0) 그래프를 생성할 수 있다.In step S520 the reception module 100 logs the satellite signal through the up and down antennas. Thereafter, in step S530, the surface range of each signal reflected by GPS satellites is visualized. For example, in operation S520, a satellite signal reception intensity (C / N0) graph for each antenna may be generated according to the satellite altitude included in the logging data and the first surface reflection surface position change.

S540 단계에서는 수신모듈(100)에서 GPS 위성 별로 시간 경과에 따라 신호강도, GPS 위상, GPS 위성 배치 정보 등을 수집, 저장한다. In step S540, the receiving module 100 collects and stores signal strength, GPS phase, GPS satellite arrangement information, and the like with respect to each GPS satellite over time.

S550 단계에서는 수신모듈(100)에서 수집된 데이터를 분석서버(200)로 전송한다. In step S550 transmits the data collected by the receiving module 100 to the analysis server 200.

S560 단계에서는 분석서버(200)에서 멀티패스 효과 및 신호 노이즈 패턴을 최소화 하기 위해 수집된 반사신호를 전처리 한다.In step S560, the analysis server 200 preprocesses the collected reflection signal to minimize the multipath effect and signal noise pattern.

S570 단계에서는 분석서버(200)에서 수신모듈(100)의 상/하향 안테나에 기록된 지표면 매질 별 신호강도 변화를 파악하고, S580 단계에서는 신호 강도 변화에 따라 도로노면의 결빙상태를 판단한다. 예컨대, 분석서버(200)는 GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 반사계수(Reflection Coefficient)로 변환하고 변환된 반사계수에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 판단할 수 있다. 구체적으로 지연 계수가 제1설정값 미만이고, 에너지 크기를 나타내는 계수가 제2설정값을 초과하는 경우, 도로노면 상태를 건조(dry) 상태로 판단할 수 있다. 다른 예로서 반사신호 분석결과 분극 계수가 존재하고, 에너지 크기의 감쇄 비율이 일정 비율 초과인 경우, 도로노면 상태를 습윤(wet) 상태로 판단할 수 있다. 이러한 판단기준은 실험적 데이터를 구축하여 분석서버(200)에 미리 저장하거나, 반사신호 데이터와 데이터 해석 자료가 저장된 다른 서버와 통신하며 분석서버(200)에서 도로노면 상태를 판단하도록 할 수 있다.In step S570, the analysis server 200 determines the change in signal strength for each surface medium recorded in the up / down antennas of the receiving module 100, and in step S580, the freezing state of the road surface is determined according to the change in signal strength. For example, the analysis server 200 converts a reflection signal characteristic including a delay, a Doppler shift, a power strength, and polarization of a GPS reflection signal into a reflection coefficient. The freezing state of the road surface can be determined according to the converted reflection coefficient. Specifically, when the delay coefficient is less than the first predetermined value and the coefficient indicating the energy amount exceeds the second predetermined value, the road surface state may be determined to be a dry state. As another example, when the polarization coefficient is present as a result of the reflection signal analysis and the attenuation ratio of the energy magnitude exceeds a certain ratio, the road surface state may be determined as a wet state. Such a criterion may construct experimental data and store it in advance in the analysis server 200 or communicate with other servers in which reflected signal data and data analysis data are stored, and determine the road surface state in the analysis server 200.

실시예에는 GPS 신호가 반사된 지표 매질의 물리적 특성을 규명할 수 있도록 주변 환경과 인공물에 의한 멀티패스 효과 및 신호 노이즈 패턴을 최소화시키는 고정밀도 GPS 반사파 수신 모듈 시스템을 제공한다. 이로써, 멀티패스 및 도로주행차량에 의한 노이즈 패턴을 최소화 하고, GPS 반사파 전처리 소프트웨어의 성능을 향상 시킬 수 있도록 한다.The embodiment provides a high-precision GPS echo wave reception module system that minimizes multipath effects and signal noise patterns caused by the surrounding environment and artifacts to identify physical characteristics of the surface medium on which the GPS signal is reflected. This minimizes noise patterns caused by multipath and road vehicles and improves the performance of the GPS echo preprocessing software.

개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.The disclosed contents are only examples, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the claims claimed in the claims, and therefore, the protection scope of the disclosed contents may be It is not limited to an Example.

100: 수신모듈
200: 분석서버
100: receiving module
200: analysis server

Claims (13)

도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템에 있어서,
GPS(Global Positioning System) 신호의 위상정보, GPS 위성 배치 정보, 노면 위치 정보, GPS 신호 정보를 포함하는 도로 노면 결빙 탐지 정보를 저장하는 데이터 로거(data logger);
GPS 신호, GPS 신호의 위상 및 고유번호를 포함하는 위성관측정보와 대상 관측지점인 도로 노면에서 관측된 GPS 신호인 RHCP(Right Hand Circular Polarization), 상기 GPS 신호에 대한 반사신호인 LHCP(Left Hand Circular Polarization)를 포함하는 GPS 반사신호와 상기 반사신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하고, 상기 GPS 반사신호를 신호강도에 따라 시각화 하는 수신모듈; 및
상기 수신모듈에서 수집된 GPS 반사신호의 강도, GPS 신호의 위상 정보, 및 위성 배치 정보를 기반으로 도로노면의 결빙 상태를 판단하는 분석서버; 를 포함하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
GPS Reflective Wave Measurement and Analysis System for Road Ice Detection
A data logger for storing road frost detection information including phase information of GPS (Global Positioning System) signals, GPS satellite positioning information, road surface position information, and GPS signal information;
GPS observation, RHCP (Right Hand Circular Polarization), which is the GPS signal observed on the road surface of the target observation point, and satellite observation information including the GPS signal, phase and unique number of the GPS signal, and LHCP (Left Hand Circular), which is a reflection signal for the GPS signal. A reception module for receiving a GPS reflection signal including polarization) and temperature and humidity change data of a time zone in which the reflection signal is measured, and visualizing the GPS reflection signal according to signal intensity; And
An analysis server for determining a freezing state of the road surface based on the strength of the GPS reflection signal collected by the receiving module, the phase information of the GPS signal, and the satellite arrangement information; GPS reflected wave measurement and analysis system for road surface freezing detection comprising a.
제 1항에 있어서, 상기 분석서버는
상기 GPS 반사신호와 GPS 신호를 비교하여, 상기 GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 추출하고, 추출된 반사신호 특성에 따라 지표 특성을 파악하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
The method of claim 1, wherein the analysis server
Comparing the GPS reflected signal and the GPS signal, extracting and extracting reflected signal characteristics including delay, doppler shift, power strength, and polarization of the GPS reflected signal GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting the road surface ice, characterized in that the ground characteristics according to the reflected signal characteristics.
제 1항에 있어서, 상기 수신모듈은
GPS 신호, GPS 반사신호와 상기 반사신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 모니터링 하는 모니터링부;
상기 모니터링된 GPS 반사신호에서, 반사가 이루어지는 지표면 매질 별로 GPS의 신호강도 정보, 위상정보, 위성 배치 정보를 포함하는 로깅 데이터를 수집, 저장하는 로깅부;
상기 로깅부에 저장된 GPS 반사신호를 수집하고, 수집된 신호를 기반으로 CSV(comma-separated values)데이터를 생성하고, 상기 수신모듈이 설치된 위치 기준으로 위성 고도에 따라 변화하는 첫 번째 지표 반사면 위치(FFZ; First Fresnel Zone) 를 추적하여 상기 지표 반사면 위치를 시각화 하는 시각화부; 및
상기 GPS 위성 별로 시간 경과에 따라 GPS의 신호강도, 위상 및 위성 배치 정보를 포함하는 로깅 데이터 및 상기 지표 반사면 위치정보를 수집하여, 상기 분석서버로 전송하는 통신부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
The method of claim 1, wherein the receiving module
A monitoring unit for monitoring temperature and humidity change data of a GPS signal, a GPS reflection signal, and a time zone in which the reflection signal is measured;
A logging unit configured to collect and store logging data including signal strength information, phase information, and satellite configuration information of GPS for each surface medium on which the reflected GPS reflection signal is reflected;
Collect the GPS reflection signal stored in the logging unit, generate CSV (comma-separated values) data based on the collected signal, and the first surface reflection surface position that changes according to the satellite altitude based on the location where the receiving module is installed A visualization unit for tracking the first reflective zone (FFZ) to visualize the surface reflection surface position; And
A communication unit configured to collect logging data including GPS signal strength, phase, and satellite configuration information and the surface reflection surface position information for each GPS satellite, and transmit the collected data to the analysis server; GPS reflected wave measurement and analysis system for road surface freezing detection comprising a.
제 3항에 있어서, 상기 시각화부는
상기 로깅데이터에 포함된 위성 고도 및 첫 번째 지표 반사면 위치 변화에 따른 안테나 별 위성 신호 수신강도(C/N0) 그래프를 생성하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
The method of claim 3, wherein the visualization unit
GPS reflected wave measurement and analysis system for road surface ice detection, characterized in that for generating a satellite signal reception intensity (C / N0) graph for each antenna according to the satellite altitude and the first surface reflection surface position included in the logging data.
제 1항에 있어서, 상기 분석서버는
상기 수신모듈에서 전송된 로깅 데이터, 지표 반사면 위치정보, GPS 신호, GPS 반사신호 및 상기 반사 신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 전처리 하여 멀티패스 및 노이즈 패턴을 최소화 하는 전처리부;
상기 전처리 된 데이터로부터 GPS 반사파 수신 모듈의 상향 안테나 및 하향안테나에 기록된 지표면 매질 별 신호 강도 변화를 파악하는 분석부; 및
상기 분석부에서 판단된 지표면 매질 별 신호강도 변화에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 건조(dry), 습윤(wet), 결빙(Ice) 및 강설(snow) 상태 중 어느 하나로 판단하는 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
The method of claim 1, wherein the analysis server
Receives the logging data, the surface reflection surface position information, the GPS signal, the GPS reflection signal, and the temperature and humidity change data of the time zone when the reflection signal is measured, and pre-processes the received data to transmit multipath and noise patterns. Preprocessing unit to minimize the;
An analysis unit for detecting signal strength change of each surface medium recorded in the uplink antenna and the down antenna of the GPS reflected wave receiving module from the preprocessed data; And
A determination unit which determines one of dry, wet, ice and snow conditions of the road surface according to the change in signal intensity for each surface medium determined by the analysis unit; GPS reflected wave measurement and analysis system for road surface freezing detection comprising a.
제 2항에 있어서, 상기 분석서버는
상기 GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 반사계수(Reflection Coefficient)로 변환하고 상기 변환된 반사계수에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
The method of claim 2, wherein the analysis server
The reflection signal characteristics including delay, doppler shift, power strength, and polarization of the GPS reflection signal are converted into reflection coefficients and converted into reflection coefficients. GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting the road surface ice, characterized in that for determining the freezing state of the road surface according to.
수신모듈 및 분석서버를 포함하는 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템의 도로노면 결빙 탐지 방법에 있어서,
(A) 상기 수신모듈의 데이터 로거에 GPS(Global Positioning System) 신호의 위상정보, GPS 위성 배치 정보, 노면 위치 정보, GPS 신호 정보를 포함하는 도로 노면 결빙 탐지 정보를 저장하는 단계;
(B) 상기 수신모듈에서 GPS 신호, GPS 신호의 위상 및 고유번호를 포함하는 위성관측정보와 대상 관측지점인 도로 노면에서 관측된 GPS 신호인 RHCP(Right Hand Circular Polarization), 상기 GPS 신호에 대한 반사신호인 LHCP(Left Hand Circular Polarization)를 포함하는 GPS 반사신호와 상기 반사신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하는 단계;
(C) 상기 수신모듈에서 상기 GPS 반사신호를 신호강도에 따라 시각화 하는 단계; 및
(D) 상기 분석서버에서 상기 수신모듈에서 수집된 GPS 신호 정보와 GPS 반사파 강도를 통해 도로노면의 결빙 상태를 판단하는 단계; 를 포함하는 도로노면 결빙 탐지 방법.
In the road surface freezing detection method of the GPS reflected wave measurement and analysis system comprising a receiving module and the analysis server,
(A) storing road surface ice detection information including phase information, GPS satellite positioning information, road surface position information, and GPS signal information in a data logger of the receiving module;
(B) GPS signal, satellite observation information including GPS signal phase and unique number, and RHCP (Right Hand Circular Polarization), which is the GPS signal observed on the road surface of the target observation point, and reflection on the GPS signal. Receiving a GPS reflection signal including a left hand circular polarization (LHCP) signal and temperature and humidity change data of a time zone in which the reflection signal is measured;
(C) visualizing the GPS reflected signal according to signal strength at the receiving module; And
(D) determining, by the analysis server, the freezing state of the road surface based on the GPS signal information and the GPS reflected wave strength collected by the receiving module; Road surface freezing detection method comprising a.
제 7항에 있어서, 상기 (D) 도로노면의 결빙 상태를 판단하는 단계; 는
상기 GPS 반사신호와 GPS 신호를 비교하여, 상기 GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 추출하는 단계; 및
추출된 반사신호 특성에 따라 지표 특성을 파악하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지 방법.
8. The method of claim 7, further comprising the steps of: determining the freezing state of the road surface; Is
Comparing the GPS reflected signal with the GPS signal to extract a reflected signal characteristic including a delay, a Doppler shift, a power strength, and polarization of the GPS reflected signal; And
Determining an indicator property according to the extracted reflection signal property; Road surface freezing detection method comprising a.
제 7항에 있어서, (C) 상기 수신모듈에서 상기 GPS 반사신호를 신호강도에 따라 시각화 하는 단계; 는
GPS 신호, GPS 반사신호와 상기 반사신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 모니터링 하는 단계;
상기 모니터링된 GPS 반사신호에서, 반사가 이루어지는 지표면 매질 별로 GPS의 신호강도 정보, 위상정보, 위성 배치 정보를 포함하는 로깅 데이터를 수집, 저장하는 단계;
상기 로깅부에 저장된 GPS 반사신호를 수집하고, 수집된 신호를 기반으로 CSV(comma-separated values)데이터를 생성하고, 상기 수신모듈이 설치된 위치 기준으로 위성 고도에 따라 변화하는 첫 번째 지표 반사면 위치(FFZ; First Fresnel Zone) 를 추적하여 상기 지표 반사면 위치를 시각화 하는 단계; 및
상기 GPS 위성 별로 시간 경과에 따라 GPS의 신호강도, 위상 및 위성 배치 정보를 포함하는 로깅 데이터 및 상기 지표 반사면 위치정보를 수집하여, 상기 분석서버로 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지 방법.
8. The method of claim 7, further comprising: (C) visualizing the GPS reflected signal according to signal strength at the receiving module; Is
Monitoring temperature and humidity change data of a GPS signal, a GPS reflected signal, and a time zone in which the reflected signal is measured;
Collecting and storing logging data including signal strength information, phase information, and satellite configuration information of the GPS for each surface medium on which the reflected GPS reflection signal is reflected;
Collect the GPS reflection signal stored in the logging unit, generate CSV (comma-separated values) data based on the collected signal, and the first surface reflection surface position that changes according to the satellite altitude based on the location where the receiving module is installed Visualizing the surface reflection surface position by tracking a first frequency zone (FFZ); And
Collecting logging data including the signal strength, phase, and satellite configuration information of the GPS and the ground reflection surface position information according to time for each GPS satellite, and transmitting the collected data to the analysis server; Road surface freezing detection method comprising a.
제 9항에 있어서, 상기 지표 반사면 위치를 시각화 하는 단계; 는
상기 로깅데이터에 포함된 위성 고도 및 첫 번째 지표 반사면 위치 변화에 따른 안테나 별 위성 신호 수신강도(C/N0) 그래프를 생성하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지 방법.
10. The method of claim 9, further comprising: visualizing the surface reflecting surface position; Is
And a satellite signal reception intensity (C / N0) graph for each antenna according to the satellite altitude included in the logging data and the first surface reflection surface position change.
제 7항에 있어서, 상기 (D) 분석서버에서 상기 수신모듈에서 수집된 GPS 신호 정보와 GPS 반사파 강도를 통해 도로노면의 결빙 상태를 판단하는 단계; 는
상기 수신모듈에서 전송된 로깅 데이터, 지표 반사면 위치정보, GPS 신호, GPS 반사신호 및 상기 반사 신호를 측정한 시간대의 온도 및 습도 변화 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를 전처리 하여 멀티패스 및 노이즈 패턴을 최소화 하는 단계;
상기 전처리 된 데이터로부터 GPS 반사파 수신 모듈의 상향 안테나 및 하향안테나에 기록된 지표면 매질 별 신호 강도 변화를 파악하는 단계; 및
상기 지표면 매질 별 신호강도 변화에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 건조(dry), 습윤(wet), 결빙(Ice) 및 강설(snow) 상태 중 어느 하나로 판단하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지 방법.
The method of claim 7, further comprising: determining, by the analysis server, the freezing state of the road surface based on the GPS signal information and the GPS reflected wave strength collected by the receiving module; Is
Receives the logging data, the surface reflection surface position information, the GPS signal, the GPS reflection signal, and the temperature and humidity change data of the time zone when the reflection signal is measured, and pre-processes the received data to transmit multipath and noise patterns. Minimizing;
Determining signal intensity changes for each of the surface media recorded in the uplink antenna and the down antenna of the GPS reflecting wave receiving module from the preprocessed data; And
Determining the freezing state of the road surface as one of dry, wet, ice and snow conditions according to the change in signal intensity for each surface medium; Road surface freezing detection method comprising a.
제 8항에 있어서, 상기 반사신호 특성을 추출하는 단계;는
상기 GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 반사계수(Reflection Coefficient)로 변환하고 상기 변환된 반사계수에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
The method of claim 8, further comprising: extracting the reflected signal characteristic;
The reflection signal characteristics including delay, doppler shift, power strength, and polarization of the GPS reflection signal are converted into reflection coefficients and converted into reflection coefficients. GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting the road surface ice, characterized in that for determining the freezing state of the road surface according to.
제 9항에 있어서, 상기 (D) 도로노면의 결빙 상태를 판단하는 단계; 는
상기 GPS 반사신호의 지연(delay), 도플러 이동(doppler shift), 에너지 크기(power strength), 분극(polarization)을 포함하는 반사신호 특성을 반사계수(Reflection Coefficient)로 변환하고 상기 변환된 반사계수에 따라 도로 노면의 결빙 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 도로노면 결빙 탐지를 위한 GPS 반사파 측정 및 분석 시스템.
The method of claim 9, further comprising: (D) determining a freezing state of the road surface; Is
The reflection signal characteristics including delay, doppler shift, power strength, and polarization of the GPS reflection signal are converted into reflection coefficients and converted into reflection coefficients. GPS reflected wave measurement and analysis system for detecting the road surface ice, characterized in that for determining the freezing state of the road surface according to.
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