KR101412214B1 - 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템은, 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태를 감지하기 위한 복수개의 레이더 센서를 구비하는 레이더 센서부(110); 상기 레이더 센서(110)로부터 감지된 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태에 대한 교통정보를 수신하고, 상기 교통정보를 분석하여 상기 교차로에 설치된 교통신호등의 신호를 제어할 지 여부를 판단하는 교통정보 분석처리부(120); 및 상기 교통정보 분석처리부(120)에서 상기 교통신호등의 신호 제어를 위해 생성된 교통신호 조정제어신호를 수신하며, 상기 교통신호 조정제어신호에 따라 상기 교통신호등의 변경신호 주기를 조정하는 교차로 신호제어부(130)를 포함하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.

Description

지능형 교차로 교통신호 제어 시스템 및 방법{INTELLIGENT INTERSECTION TRAFFIC SIGNAL CONTROL SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 레이더 센서를 이용하여 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태를 감지하고, 이를 분석하여 교통신호 조정제어신호를 생성하며, 생성된 교통신호 조정제어신호에 따라 교차로에 설치된 교통신호등의 신호변경 주기를 조정함으로써, 교차로 구역 내의 교통 혼잡을 방지할 수 있을 뿐 만 아니라 교통사고를 예방할 수 있는 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 신호교차로는 신호등이 위치하며, 교차로 방향 별로 설치되어 있는 신호등의 신호(적색, 황색, 녹색)를 이용하여 교차로에 진입하는 차량의 통행우선권을 할당함으로써 교통 흐름을 제어하는 도로 구간이다.
신호등의 신호 중 녹색 신호는 교통 흐름을 합법적으로 진행할 수 있도록 하는 신호이며, 황색 신호는 녹색 신호에서 적색 신호로 바뀌는 경과시간을 나타내는 신호이며, 적색 신호는 차량이 주행해서는 안 되는 것을 나타내는 신호이다.
이러한, 신호등의 법적 구속력에도 불구하고 교차로에서는 신호위반으로 인하여 많은 교통사고가 발생한다.
한편 도로에서 발생하는 교통체증의 원인은 다양하지만, 교차로 등에서 신호에 대기하는 시간은 교통체증을 야기하는 원인 중 하나이다. 특히, 교통량에 관계없이 일정한 주기의 신호체계를 유지함으로써 비효율적인 신호 대기시간이 발생한다.
이로 인해 종래에는 교차로에서의 혼잡을 줄이는 방안으로 막대한 자금을 들여 지하차도 또는 고가도로를 건설함으로써, 교차로에서의 상충수를 줄이는 구조물 변경 방법 등을 사용하였지만, 이러한 방법은 구조물 변경 시 발생하는 비용부담의 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0113607호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복수개의 레이더 센서를 이용하여 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태를 감지하고, 이를 분석하여 교통신호 조정제어신호를 생성하며, 생성된 교통신호 조정제어신호에 따라 교차로에 설치된 교통신호등의 신호변경 주기를 조정함으로써, 교차로 구역 내의 교통 혼잡을 방지할 수 있을 뿐 만 아니라 교통사고를 예방할 수 있는 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템은, 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태를 감지하기 위한 복수개의 레이더 센서를 구비하는 레이더 센서부(110); 상기 레이더 센서(110)로부터 감지된 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태에 대한 교통정보를 수신하고, 상기 교통정보를 분석하여 상기 교차로에 설치된 교통신호등의 신호를 제어할 지 여부를 판단하는 교통정보 분석처리부(120); 및 상기 교통정보 분석처리부(120)에서 상기 교통신호등의 신호 제어를 위해 생성된 교통신호 조정제어신호를 수신하며, 상기 교통신호 조정제어신호에 따라 상기 교통신호등의 변경신호 주기를 조정하는 교차로 신호제어부(130)를 포함하는 기술을 제공한다.
또한 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어 방법은, 레이더 센서(20)로부터 감지된 교차로 구역(30) 내의 차량 또는 사람의 상태에 대한 교통정보를 수신하는 제1 과정(S10); 교통정보 분석처리부(120)에서, 수신된 교통정보를 분석하여 교통상황정보를 생성하는 제2 과정(S20); 상기 교통정보 분석처리부(120)에서, 상기 교통상황정보를 고려하여 교차로 교통신호등의 신호변경에 대한 시간조정이 필요한지를 판단하는 제3 과정(S30); 및 교통정보 분석처리부(120)에서, 상기 제3 과정(S30)의 판단에 따라 상기 교차로 교통신호등을 제어하는 제4 과정을 포함하는 기술을 제공한다.
본 발명은 교차로 구역 내의 교통 혼잡을 방지할 수 있을 뿐 만 아니라 교통사고를 예방할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 2a는 도 1의 구성 중 교통정보 분석처리부의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2b는 도 1의 구성 중 교차로 신호제어부의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로, 교차로 내에 교통신호 위반 차량이 있는 경우, 원활한 교통흐름을 유도하기 위해 교차로의 교통신호를 제어하는 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어방법을 순서도로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템(100)은, 레이더 센서부(110), 교통정보 분석처리부(120) 및 교차로 신호제어부(130)를 포함하여 구성된다.
레이더 센서부(110)는 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태를 감지하기 위한 복수개의 레이더 센서를 구비하는데, 레이더 센서는 24GHz ISM 밴드(24.05GHz ~ 25.25GHz) 주파수를 갖는 광 빔을 사용하여 물체를 트래킹(tracking) 하는 레이더 기술을 이용한 것이다.
이를 통해, 물체의 구분(이를테면, 차량, 오토바이, 사람 등), 감지되는 물체의 개수, 거리, 위치, 속도 등의 교통정보를 손쉽게 획득할 수 있게 된다.
이 경우 레이더 센서(110)는 물체의 거리 및 속도측정을 위해 서로 다른 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)를 사용하며, 이 때 대역폭은 100MHz 이다.
교통정보 분석처리부(120)는 레이더 센서(110)로부터 감지된 교차로 구역내의 차량 또는 사람의 상태에 대한 교통정보를 수신하여, 이를 분석하여 교차로의 신호를 제어 여부를 판단한다.
도 2a는 도 1의 구성 중 교통정보 분석처리부의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2a를 참조하면, 교통정보 분석처리부(120)는 데이터 입력부(121), 교통정보 저장부(122), 교차로 상황분석부(123), 신호변경 판단부(124), 통신모듈(125) 및 제어부(126)를 포함하여 구성된다.
데이터 입력부(121)는 레이더 센서(110)로부터 감지된 교차로 구역내의 차량 또는 사람의 상태에 대한 교통정보를 수신한 후 이를 입력한다.
교통정보 저장부(122)는 교통정보 분석처리부(120)에서 처리한 데이터를 저장할 뿐만 아니라, 교차로 내의 교통상황을 고려하여 교차로의 교통신호등을 제어하도록 미리 설정된 값을 갖는 신호제어 데이터를 저장하고 있다.
이를테면, 통상적인 신호등의 경우에 현재 진행신호가 10초간 동작한 후 다음 신호 진행은 1초 이후 진행되도록 입력된 경우, 교차로 내의 교통 혼잡 상황을 상(high), 중(middle), 하(low)로 구별하여 상(high) 인 경우 현재 진행신호를 3분 ~ 5분, 중(middle) 인 경우 현재 진행신호를 1분 ~ 2분, 상(high) 인 경우 현재 진행신호를 30초 ~ 60초로 연장되도록 명령하는 값으로 신호제어 데이터를 미리 설정할 수 있다.
교차로 상황분석부(123)는 데이터 입력부(121)에서 입력한 교차로 구역내의 교통정보를 분석하여 교차로 교통상황 정보를 생성하며, 이에 상응하는 교통신호 조정제어신호를 교차로 신호제어부(130)로 전송한다.
이를테면, 교차로 교통상황 정보는 교차로 구역내의 차량 진입여부, 진입한 차량의 이동방향(이를테면, 직진방향, 좌회전 방향 등), 진입한 차량의 개수(이를테면, 꼬리물기 하는 차량의 수, 서로 뒤엉켜 정차된 차량의 수 등), 진입한 차량의 속도, 위치 등을 의미한다.
이 경우, 교차로 구간은 정지차선과 레이더 센서 간의 거리로 판별하고, 차량이 정지 차선 안으로 들어온 경우 신호들의 진행 중인 신호를 고려하여 신호위반 여부를 판별하는데, 이 후 신호위반 차량에 대한 과태료 부과 등을 수행하기 위해 교차로 구역을 촬영하는 CCTV(미도시)와 연계하여 운용되도록 함이 바람직하다.
신호변경 판단부(124) 교차로 상황분석부(123)에서 생성된 교차로 교통상황 정보를 고려하여, 교차로 교통신호등을 제어할 지 유무, 제어하는 경우 교통신호등의 변경주기를 얼마의 크기로 할 지 등을 판단한다.
이를테면, 교통신호 진행 중에 교차로에 진입한 차량이 적은 경우, 교통신호 위배를 하더라도 교통 혼잡이 예상되지 않는 경우 통상의 교통신호등 제어를 수행하지만, 이와 반대로 교차로에 진입한 차량이 많고, 서로 뒤 엉켜 큰 교통 혼잡이 예상되는 경우, 진입 차량의 수, 속도, 교차로 내에서의 위치, 꼬리물기 여부, 혼잡 상태 등을 고려하여 교차로에 진입한 차량이 교차로를 모두 통과할 수 있는 시간으로 교통신호등의 변경주기를 조정한다.
통신모듈(125)은 신호변경 판단부(124)에서 교차로 교통신호등을 제어한다고 판단한 경우, 해당 제어신호를 교차로 신호제어부(130)로 무선통신을 통해 전송한다.
제어부(126)는 상기 데이터 입력부(121), 교통정보 저장부(122), 교차로 상황분석부(123), 신호변경 판단부(124) 및 통신모듈(125)을 제어한다.
다음으로, 교차로 신호제어부(130)는 평상시 통상적인 교차로 교통신호를 제어하며, 또한 교차로 구역 내에 혼잡이 예상되는 경우 교통정보 분석처리부(120)로부터 교통신호 조정제어신호를 수신하여 이에 따라 교차로 교통신호를 제어한다.
여기서 교통신호 조정제어신호는 앞에서 설명한 바대로, 교차로 내의 교통 혼잡 상황을 상(high), 중(middle), 하(low)로 구별하여 이에 상응하는 값을 갖는 신호제어 데이터를 토대로 생성된 신호이다.
도 2b는 본 발명에 따른 교차로 신호제어부의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2b를 참조하면, 교차로 신호제어부(130)는 교통 신호등(131), 통신모듈(132) 및 신호등 신호제어부(133)를 포함하여 구성된다.
교통 신호등(131)은 교차로 구역에 설치되는 차량 신호등 및 보행자 신호등을 포함하며, 평상시 통상적인 신호변경 주기로 운영되지만, 비상시 수신된 교통신호 조정제어신호에 따라 조정된 신호변경 주기로 운영된다.
통신모듈(132)은 신호변경 판단부(124)로부터 교통신호 조정제어신호를 무선통신을 통해 수신한다.
신호등 신호제어부(133)는 상기 교통 신호등(131) 및 통신모듈(132)을 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로, 교차로 내에 교통신호 위반 차량이 있는 경우, 원활한 교통흐름을 유도하기 위해 교차로의 교통신호를 제어하는 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 교차로 구역(30)을 중심으로 해서 사방으로 제1 차량(1)에게 교통신호를 제공하는 제1 신호대(1a), 제2 차량(2)에게 교통신호를 제공하는 제2 신호대(2a), 제3 차량(3)에게 교통신호를 제공하는 제3 신호대(3a) 및 제4 차량(4)에게 교통신호를 제공하는 제4 신호대(4a)가 설치되어 있다.
제1 ~ 제4 신호대(1a ~ 4a)에는 청색, 황색, 적색을 각각 표시하는 차량 신호등(10, 11, 12) 및 레이더 센서(20)가 각각 설치되어 있다.
이때 레이더 센서(20)는 각각의 차량 신호등(10, 11, 12)과 일정 간격을 두고 평행하게 설치되며, 교차로 구역(30)의 상황을 빠짐없이 세세히 감지할 수 있도록 상하좌우로 자유로이 움직이면서 차량 또는 사람을 촬영할 수 있도록 함이 바람직하다.
이하, 도1 ~ 도4를 참조하여, 하기 각각의 교통상황에 따라 제1 ~ 제4 신호대(1a ~ 4a) 각각의 차량 신호등(10, 11, 12)의 주기를 조정하는 방법을 설명한다.
<교통상황 1>
교통상황 1은 제3 차량(3)과 동일한 차선에 있는 차량들이 제3 신호대(3a)의 차량 신호등(10, 11, 12)의 지시에 따라, 직진신호 및 좌회전 신호를 받고 진행하던 중 신호가 청색에서 적색으로 변경되었음에도 신호를 위반하여 교차로 구역(30) 안에 좌회전 차량(31) 및 직진 차량(32)이 진행 중인 경우이다.
여기서 좌회전 차량(31) 및 직진 차량(32)을 1개만 표시하였지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 복수 개의 좌회전 차량(31) 및 직진 차량(32)인 경우에도 유사하게 적용시킬 수 있음은 당연하다.
이 경우, 제1 ~ 제4 신호대(1a ~ 4a)에 설치된 각각의 레이더 센서(20)는 교차로 구역(30) 안의 좌회전 차량(31) 및 직진 차량(32)의 속도, 위치 등을 감지한 후 이를 교통정보 분석처리부(120)로 전송하면, 교통정보 분석처리부(120)는 이를 분석하여 제3 신호대(3a)와 제4 신호대(4a)로 교통신호 조정제어신호를 전송하면, 제3 신호대(3a)와 제4 신호대(4a)는 전송된 교통신호 조정제어신호에 따라 각각의 차량 신호등(10, 11, 12)의 시간을 조정한다.
즉 좌회전 차량(31)이 교차로 구역(30)을 통과하는 데 걸리는 시간을 고려하여, 제4 신호대(4a)의 차량 신호등(10, 11, 12)을 평상시 방식대로 적색에서 청색으로 변경시키지 않고, 상기 고려된 시간만큼 적색 신호를 계속 연장하여 제4 차량(4)이 교차로 구역(30)으로 진입하지 못하게 함으로, 교통 혼잡 또는 교통사고를 방지할 수 있게 된다.
마찬가지로, 직진 차량(32)이 교차로 구역(30)을 통과하는 데 걸리는 시간을 고려하여, 제3 신호대(3a)의 차량 신호등(10, 11, 12)을 평상시 방식대로 적색에서 청색으로 변경시키지 않고, 상기 고려된 시간만큼 적색 신호를 계속 연장하여 제3 차량(3)이 교차로 구역(30)으로 진입하지 못하게 함으로, 교통 혼잡 또는 교통사고를 방지할 수 있게 된다.
<교통상황 2>
이는 보행자가 보행자 신호등(미도시)의 지시에 따라 제3 차량(3)의 직진방향에 대해 수직방향을 갖는 횡단보도(미 도시)를 건너고 있는 경우로, 통상적인 교통신호에 의할 경우, 청색신호를 받은 제3 차량(3)이 횡단보도(미 도시)로 진입하여 자칫하면 보행자의 교통사고를 유발할 수 있는 상황이다.
이 경우, 제3 신호대(3a)에 설치된 레이더 센서(20)는 횡단보도(미 도시)를 건너고 있는 보행자의 속도, 위치 등을 감지한 후 이를 교통정보 분석처리부(120)로 전송하면, 교통정보 분석처리부(120)는 이를 분석하여 보행자 신호등(미 도시) 및 제3 신호대(3a)로 교통신호 조정제어신호를 전송하고, 제3 신호대(3a)는 전송된 교통신호 조정제어신호에 따라 보행자 신호등(미 도시) 및 제3 신호대(3a)의 차량 신호등(10, 11, 12)의 시간을 조정한다.
즉 보행자 신호등(미 도시)은 전송된 교통신호 조정제어신호에 따라 적색으로 변경하여 더 이상 보행자들의 진입을 막고, 제3 차량(3)에 대한 제3 신호대(3a)의 차량 신호등(10, 11, 12)은 보행자가 길을 건너는데 소요되는 시간을 고려하여 적색으로 계속 유지시켜 제3 차량(3)이 횡단보도(미 도시)로 진입되는 것을 막음으로, 보행자의 안전을 도모할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어방법을 순서도로 나타낸 것이다.
이하 도1 ~ 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 지능형 교차로 교통신호 제어방법을 설명한다.
우선, 레이더 센서(20)로부터 교차로 구역(30) 내의 차량 또는 사람의 상태에 대한 교통정보를 수신하는 제1 과정(S10)을 갖는다.
다음으로, 교통정보 분석처리부(120)에서 수신된 교통정보를 분석하여 교통상황정보를 생성하는 제2 과정(S20)을 갖는다.
다음으로, 교통정보 분석처리부(120)에서 교통상황정보를 고려하여 교차로 교통신호등의 신호변경에 대한 시간조정이 필요한지를 판단하는 제3 과정(S30)을 갖는다.
만일 제3 과정(S30)에서 교통정보 분석처리부(120)가 교차로 교통신호등의 시간조정이 필요하다고 판단한 경우(예), 상기 교통정보 분석처리부(120)로부터 전송된 조정제어신호에 따라 교차로 교통신호등(10, 11, 12)의 신호변경에 대한 시간을 조정하는 제4 과정(S40)을 갖는다.
만일 제3 과정(S30)에서 교통정보 분석처리부(120)가 교차로 교통신호의 시간조정이 필요하지 않다고 판단한 경우(아니오), 통상적인 방식으로 교차로 교통신호등(10, 11, 12) 제어하는 제5 과정(S50)을 갖는다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110 : 레이더 센서부
120 : 교통정보 분석처리부
121 : 데이터 입력부
122 : 교통정보 저장부
123 : 교차로 상황분석부
124 : 신호변경 판단부
125 : 통신모듈
130 : 교차로 신호제어부
131 : 교통 신호등
132 : 통신모듈
133 : 신호등 신호제어부

Claims (8)

  1. 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태를 감지하기 위한 복수개의 레이더 센서를 구비하는 레이더 센서부(110);
    상기 레이더 센서(110)로부터 감지된 교차로 구역 내의 차량 또는 사람의 상태에 대한 교통정보를 수신하고, 상기 교통정보를 분석하여 상기 교차로에 설치된 교통신호등의 신호를 제어할 지 여부를 판단하는 교통정보 분석처리부(120); 및
    상기 교통정보 분석처리부(120)에서 상기 교통신호등의 신호 제어를 위해 생성된 교통신호 조정제어신호를 수신하며, 상기 교통신호 조정제어신호에 따라 상기 교통신호등의 변경신호 주기를 조정하는 교차로 신호제어부(130)를 포함하며,
    상기 교통정보 분석처리부(120)는,
    상기 레이더 센서(110)로부터 감지된 상기 교통정보를 수신한 후 이를 입력하는 데이터 입력부(121);
    교차로 내의 교통상황을 고려하여 상기 교통신호등을 제어하도록 미리 설정된 값을 갖는 신호제어 데이터를 저장하고 있는 교통정보 저장부(122);
    상기 교통정보를 분석하여 교차로 교통상황 정보를 생성하는 교차로 상황분석부(123);
    상기 교차로 교통상황 정보를 고려하여, 상기 교차로 교통신호등을 제어할 필요가 있다고 판단된 경우 상기 교통신호등의 신호 조정이 되도록 하는 교통신호 조정제어신호를 생성하는 신호변경 판단부(124);
    상기 교통신호 조정제어신호를 상기 교차로 신호제어부(130)로 무선통신으로 전송하는 통신모듈(125); 및
    상기 데이터 입력부(121), 상기 교통정보 저장부(122), 상기 교차로 상황분석부(123), 상기 신호변경 판단부(124) 및 상기 통신모듈(125)을 제어하는 제어부(126)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 교차로 교통상황 정보는,
    상기 교차로 구역 안으로 차량 진입여부, 진입한 차량의 이동방향, 진입한 차량의 개수, 진입한 차량의 속도, 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 교차로 신호제어부(130)는,
    평상시 통상적인 신호변경 주기로 운영되지만, 비상시 상기 교통정보 분석처리부(120)로부터 전송된 상기 교통신호 조정제어신호에 따라 조정된 신호변경 주기로 운영되는 교통 신호등(131);
    상기 교통정보 분석처리부(120)와 무선통신을 통해 상기 교통신호 조정제어신호를 수신하는 통신모듈(132); 및
    상기 교통 신호등(131) 및 상기 통신모듈(132)을 제어하는 신호등 신호제어부(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 레이더 센서는,
    상기 교차로를 향해 사방으로 설치된 교통신호등과 일정 간격을 두고 평행하게 설치된 것을 특징으로 하는 지능형 교차로 교통신호 제어 시스템.
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