KR20200087894A - 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼 - Google Patents

Abstract

센서 노드에서 수집된 교차로 내 차량 소통정보를 실시간으로 처리하여 교통정보센터에 전송하여 탄력적인 교통 흐름 제어가 구현되도록 한 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼에 관한 것으로서, 실시간으로 교차로 교통정보를 수집하여 가공한 후 전송하는 AP 일체형 주제어기 및 AP 일체형 주제어기로부터 전송된 교차로 교통정보를 빅데이터로 구축하고, 월별, 요일별, 시간대별 교통흐름을 분석하고, 이를 이용하여 교차로 교통신호 운영 계획을 수립하는 교통정보센터를 포함하여, 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼을 구현한다.

Description

지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼{Intersection traffic information platform based on geomagnetic sensor and fingerprinting technique}

본 발명은 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼에 관한 것으로, 특히 센서 노드에서 수집된 교차로 내 차량 소통정보를 실시간으로 처리하여 교통정보센터에 전송하여 탄력적인 교통 흐름 제어가 구현되도록 한 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼에 관한 것이다.

2014년 기준 전국 자동차 등록 대수는 2,000만 대를 넘어섰으며, 매년 2 ~ 3%의 꾸준한 증가세를 보이고 있다. 이 중 64.4%에 해당하는 1,296만 대가 수도권과 광역시에 집중되고 있으며, 이러한 도시 도로혼잡으로 인한 교통체증은 생산성 감소, 연료 낭비, 교통비용 상승 등으로 교통혼잡비용이 발생한다. 2015년 7대 도시의 교통혼잡비용은 총 21조 2,929억원으로 전체의 63.8%로 도시의 시급한 대책이 필요하다. 이러한, 교통혼잡비용 문제를 해결하기 위해서는 불합리한 교통신호 운영의 개선이 필요하다.

교통신호시스템은 도로의 효율적인 운영을 위한 공공재로서 교통류를 효율적으로 운영하고 관리해야 한다. 하지만, 변화하는 교통류를 신속하고 적절하게 대응할 수 있는 교통운영 관리체계는 아직도 미흡하기 때문에, 신호 연동의 구축은 증가하는 교통혼잡 비용을 줄일 수 있는 저비용 고효율의 교통운영 방안이라고 할 수 있다.

대내외적인 환경에서 교통신호 연동화는 불합리한 신호체계를 개선하고 불필요한 정지를 최소화하여 통행속도를 증가시킴으로써 운전자 편익뿐 아니라 에너지 소비를 줄이고 대기오염을 감소시키는 친환경정책이다.

도로상의 교통정보를 실시간으로 수집하기 위해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 고유식별코드를 가지고 교차로의 차로에 매설되며, 설정된 샘플링주기로 그 상부에 주행되는 차량의 이동에 의해 변화되는 지구자기장을 감지하여 차량검출신호로 출력하는 차량감지기가 적어도 둘 이상 설치된 로드 센서, 초기화 신호의 입력에 응답하여 로드 센서 내의 차량감지기들의 샘플링주기를 설정하고, 그로부터 출력되는 차량검출신호를 패킷화하여 도로식별코드를 포함하는 패킷데이터를 출력하는 RRM, 초기화신호를 RRM으로 제공하고, RRM으로부터 전송되는 패킷데이터를 보간하여 연속적인 데이터 프레임으로 누적하여 2차원 이미지화한 후, 이미지의 폭과 길이 및 이미지의 간격을 산출하여 차종, 이동속도 및 이동 대수 등의 교통정보를 실시간으로 수집하는 인터섹션 제어유닛을 포함하여 구성된다.

이러한 구성을 통해, 도로상에 주행하는 차량에 의해 변화하는 지구 자기장을 도로 하부에 매설된 지자기센서 어레이로 측정하고 각각의 값을 연속된 값들로 보간하여 연속적으로 연결하여 2차원 이미지화한 후, 그 이미지를 분석하여 차량의 이동 대수, 이동속도, 차종 등의 교통정보를 실시간 수집하는 교차로 교통정보 실시간 수집 장치 및 방법을 제공한다.

대한민국 공개특허 10-2010-0134840호(2010.12.24. 공개)(교차로 교통정보 실시간 수집 장치 및 방법)

그러나 상기와 같은 종래기술 및 일반적인 도로 교통정보 감지기는 정보를 획득하는 로드 센서와 차량검출신호를 처리하는 RRM 및 교통정보를 실시간으로 수집하는 인터섹션 제어유닛, 그리고 이를 전송하는 중계장치 등과 같은 복잡한 장치로 이루어져, 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 장치 설치 공간에도 많은 제약이 따르는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 센서 노드에서 수집된 교차로 내 차량 소통정보를 실시간으로 처리하여 교통정보센터에 전송하여 탄력적인 교통 흐름 제어가 구현되도록 한 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼은, 실시간으로 교차로 교통정보를 수집하여 가공한 후 전송하는 AP 일체형 주제어기; 상기 AP 일체형 주제어기로부터 전송된 교차로 교통정보를 빅데이터로 구축하고, 월별, 요일별, 시간대별 교통흐름을 분석하고, 이를 이용하여 교차로 교통신호 운영 계획을 수립하는 교통정보센터를 포함한다.

상기 AP 일체형 주제어기는, 교차로의 소정 위치에 설치된 지자기 센서 노드로부터 전송된 교통 정보를 무선으로 실시간 수신하는 RF 통신부; 상기 RF 통신부의 교통정보 송수신을 제어하는 RF 통신 제어모듈; 구동 전원을 공급해주는 전원부; 상기 전원부로부터 공급되는 전원으로 구동하고, 상기 RF 통신 제어모듈을 제어하며, 상기 RF 통신부로부터 획득한 교차로 교통정보의 전송을 제어하는 메인 컨트롤 유닛; 상기 메인 컨트롤 유닛과 연동하여 상기 실시간으로 획득한 교차로 교통정보를 원격에 위치한 교통정보센터에 전송하는 유선 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 AP 일체형 주제어기는 핑거프린팅 기법을 적용한 교차로 내 차량위치측위 알고리즘으로 교통정보를 수집 및 가공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 교차로 교통정보를 실시간으로 수집하고, 센서 노드에서 수집된 교차로 내 차량 소통정보를 실시간으로 처리하여 교통정보센터에 전송하여 탄력적인 교통 흐름 제어를 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 실시간으로 획득한 교차로 교통정보를 이용하여, 도시부 교차로의 월별, 요일별, 시간대별 교통흐름 패턴을 빅데이터로 구축하여, 교차로의 혼잡 해소에 기여할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼의 개념도,
도 2는 본 발명에서 교차로 교통정보 검지 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 AP 일체형 주제어기의 실시 예 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 적용된 핑거프린팅 기법을 활용한 차량 위치 측위 알고리즘 예시도,
도 5 내지 11은 본 발명에 따른 차량 위치 측위 알고리즘의 실시 예도,
도 12는 본 발명에서 신호운영계획 산출기술 예시도,
도 13은 본 발명의 성능평가 및 표준화 구현 예시도 이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교차로 교통정보 검출을 위한 AP 일체형 주제어기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼의 개념도로서, 효율적인 신호체계 구축을 위해 교차로 내 지자기 센서 노드의 설치 예시와, 무선 중계기인 AP가 일체형으로 구현된 AP 일체형 주제어기의 설치 및 교통정보센터에서의 신호 운영계획 산출 기법의 예시이다.

지자기 센서에서 수집된 교차로 내 차량 소통정보는 교통정보센터에 전송되고, 교차로 교통정보 산출 및 적용하여 탄력적인 교통 흐름 제어를 구현한다.

도 2는 본 발명에서 교차로 교통정보 검지 개념도로서, 교차로 교통정보를 수지하는 지자기 센서 노드, 상기 지자기 센서 노드에서 수집한 교차로 교통정보를 무선으로 수집하는 센서노드 무선 중계기, 상기 센서 노드 무선 중계기에서 수집한 교통량 데이터를 핑거프린팅 기법을 적용한 교차로 내 차량 위치 측위 알고리즘으로 처리하여 교통정보센터에 전송하는 AP 일체형 주제어기, 교차로 교통정보 수집하고, 교차로 교통흐름을 분석하고, 신호 운영 계획을 수립하는 교통정보센터를 포함한다.

도 3은 본 발명에 적용되는 AP 일체형 주제어기의 실시 예 블록 구성도로서, 교차로의 소정 위치에 설치된 지자기 센서 노드로부터 전송된 교통 정보를 무선으로 실시간 수신하는 RF 통신부, 상기 RF 통신부의 교통정보 송수신을 제어하는 RF 통신 제어모듈, 구동 전원을 공급해주는 전원부, 상기 전원부로부터 공급되는 전원으로 구동하고, 상기 RF 통신 제어모듈을 제어하며, 상기 RF 통신부로부터 획득한 교차로 교통정보의 전송을 제어하는 메인 컨트롤 유닛, 상기 메인 컨트롤 유닛과 연동하여 상기 실시간으로 획득한 교차로 교통정보를 원격에 위치한 교통정보센터에 전송하는 유선 통신부를 포함한다.

이러한 AP 일체형 주제어기는 ARM9 코어 프로세서를 탑재한 고성능 임베디드 모듈로 디자인되며, USB, Ethernet, SPI, I2C, 56개의 GPIO를 내장하고, 400MHz Clock으로 고속 동작한다. Ethernet 및 직렬 변환 회로를 내장하여 별도의 컨버터없이 인터페이스가 가능하다. RF 통신부는 MCU부와 UART로 직접 연결된다. 아울러 RTC를 내장하고, 온도 센서 회로 내장한다. 전원부는 넓은 범위(5 ~ 24V)의 외부 전원을 공급받아 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 설계된다.

도 4는 본 발명에 적용된 핑거프린팅 기법을 활용한 차량 위치 측위 알고리즘 예시 도이다.

교차로 내 공간을 셀(cell)로 나누고, 차량 통과시 변화하는 각 셀의 지자기 감도 값을 데이터베이스화하여 자기장맵 구축을 한다. 지자기 센서로부터 수집된 차량 감도 값을 데이터베이스와 비교하여 유사한 신호 패턴으로 보이는 셀을 차량 위치로 추정한다.

도 5 내지 11은 본 발명에 따른 차량 위치 측위 알고리즘의 실시 예도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 차량이 교차로 내부를 이동할 때 검지되는 센서 ID의 변화를 통해 이동 경로를 파악하고자 특별한 순서로 센서의 ID를 부여하며, 센서 ID를 좌/하에서부터 UP 방향으로는 1씩 증가, RIGHT 방향으로는 10씩 증가하게끔 설정한다.

도 6은 교차로 각 방향별 진입부 센서 ID를 나타낸 것이다.

a. UP 직진 진입 센서 ID : 61, 71, b. UP 좌회전 진입 센서 ID : 41, 51, c. DOWN 직진 진입 센서 ID : 29, 39, d. DOWN 좌회전 진입 센서 ID : 49, 59, e. LEFT 직진 진입 센서 ID : 12, 13, 14, f. LEFT 좌회전 진입 센서 ID : 15, g. RIGHT 직진 진입 센서 ID : 86, 87, 88, h. RIGHT 좌회전 진입 센서 ID : 85, i. UP 우회전 진입 센서 ID : 71, j. DONW 우회전 진입 센서 ID : 29, k. LEFT 우회전 진입 센서 ID : 12, l. RIGHT 우회전 진입 센서 ID : 88이다. 교차로 내 새로운 차량 진입 판단하여 Car Index 부여하고, 이후 진행 방향에 따른 센서 ID를 List-up하여 관리한다.

도 7은 교차로 각 방향별 진출부 센서 ID로서, a. UP 직진 진출 센서 ID : 69, 79, b. UP 좌회전 진출 센서 ID : 16, 17, 18, c. DOWN 직진 진출 센서 ID : 21, 31, d. DOWN 좌회전 진출 센서 ID : 82, 83, 84, e. LEFT 직진 진출 센서 ID : 82, 83, 84, f. LEFT 좌회전 진출 센서 ID : 69, 79, g. RIGHT 직진 진출 센서 ID : 16, 17, 18, h. RIGHT 좌회전 진출 센서 ID : 21, 31, i. UP 우회전 진출 센서 ID : 82, j. DONW 우회전 진출 센서 ID : 18, k. LEFT 우회전 진출 센서 ID : 21, l. RIGHT 우회전 진출 센서 ID : 79이다. 차량 검지 센서 ID가 진출 센서 ID인 경우, List-up된 ID 중 진입 센서 ID와 진출 센서 ID를 비교하여 진행 방향 판단한다.

도 8은 차량 이동시 검지되는 센서의 ID는 이전 검지 센서 ID 값과 비교 가능하며, UP 방향으로 이동하는 차량의 경우 검지 ID는 반드시 +1, -9, +11의 센서 ID 값 차이를 가진다. DOWN-LEFT 방향으로 이동하는 차량의 경우 검지 ID는 반드시 -11, -10, -1의 센서 ID 값 차이를 가진다. 각 방향 별 ID 값 차이는 아래와 같다.

a. UP 직진 : +1, -9, +11, b. DOWN 직진 : -1, -11, +9, c. LEFT 직진: -10, -9, -11, d. RIGHT 직진 : +10, +11, +9, e. UP 좌회전 : -9. +1, -10, f. DOWN 좌회전 : +9, -1, +10, g. LEFT 좌회전 : -11, -1, -10, h. RIGHT 좌회전 : +11, +1, +10, i. UP 우회전 : +11, +1, +10, j. DOWN 우회전 : -11, -1, -10, k. LEFT 우회전 : +9, -1, +10, l. RIGHT 우회전 : -9, +1, -10이다.

도 9는 UP 좌회전 (Car Index:101), 41 -> 42 -> 43-> 34 -> 35 -> 26 -> 16, (+1) (+1) (-9) (+1) (-9) (-10) Car Index:101 List = {41, 42, 43, 34, 35, 26, 16}, UP 직진 (Car Index:102) 61 -> 62 -> 63 -> 64 -> 65 -> 66 -> 67 -> 68 -> 69, (+1) (+1) (+1) (+1) (+1) (+1) (+1) (+1) Car Index:102 List = {61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69}, DOWN 우회전 (Car Index:103) 29 -> 28 -> 18 (-1) (-10) Car Index:103 List = {29, 28, 18}이다.

도 10은 차량 위치 추적 흐름도이다.

도 11은 최초 차량 진입시 처리 방식으로서, 검지 센서 ID가 차량 진입 센서의 ID인 경우, 현재 Car Index의 센서 ID List-up에 매칭되는 방향이 없으면 새로운 Car Index 할당하여 새로이 진입한 차량으로 처리한다.

Car Index 마다 검지 센서의 ID를 차량 진입 센서의 ID에서부터 주행 가능 방향을 매칭하여 순차적으로 List-up하고, List-up된 센서 ID 중 마지막 센서 ID가 진출 센서 ID일 경우 교차로 진출로 판단한다. 교차로 진출 판단시 진입 ID와 진출 ID를 비교하여 진행 방향을 판단한다.

도 12는 교차로의 실시간으로 수집된 빅데이터를 분석하여 월별, 요일별, 시간대별 최적의 신호운영계획을 산출하는 예시이다.

산출된 기술은 각 교차로의 신호 제어기로 전송되어 TOD로 적용된다.

도 13은 성능평가 및 표준화 과정 예시로서, 협의된 특정 장소의 교차로 1개소 지점에 테스트베드를 구축하기로 하였으며, 테스트베드 구축 후 성능평가를 진행한다. 교차로 교통정보 플랫폼을 고려한 표준화를 수집한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

Claims (3)

1. 실시간으로 교차로 교통정보를 수집하여 가공한 후 전송하는 AP 일체형 주제어기; 및
   상기 AP 일체형 주제어기로부터 전송된 교차로 교통정보를 빅데이터로 구축하고, 월별, 요일별, 시간대별 교통흐름을 분석하고, 이를 이용하여 교차로 교통신호 운영 계획을 수립하는 교통정보센터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼.
   
2. 청구항 1에서, 상기 AP 일체형 주제어기는, 교차로의 소정 위치에 설치된 지자기 센서 노드로부터 전송된 교통 정보를 무선으로 실시간 수신하는 RF 통신부; 상기 RF 통신부의 교통정보 송수신을 제어하는 RF 통신 제어모듈; 구동 전원을 공급해주는 전원부; 상기 전원부로부터 공급되는 전원으로 구동하고, 상기 RF 통신 제어모듈을 제어하며, 상기 RF 통신부로부터 획득한 교차로 교통정보의 전송을 제어하는 메인 컨트롤 유닛; 상기 메인 컨트롤 유닛과 연동하여 상기 실시간으로 획득한 교차로 교통정보를 원격에 위치한 교통정보센터에 전송하는 유선 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼.
   
3. 청구항 2에서, 상기 AP 일체형 주제어기는 핑거프린팅 기법을 적용한 교차로 내 차량위치측위 알고리즘으로 교통정보를 수집 및 가공하는 것을 특징으로 하는 지자기 센서와 핑거프린팅 기법을 기반으로 한 교차로 교통정보 플랫폼.
   
   
   
   
   
   

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