KR101942791B1

KR101942791B1 - 우선신호 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101942791B1
Application number: KR1020140119336A
Authority: KR
Inventors: 정영제; 정준하; 주두환; 이호원; 허낙원
Original assignee: 도로교통공단
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2019-01-28
Also published as: KR20160029581A

Abstract

본 발명은 트램의 지체를 최소화시킬 수 있는 우선신호의 신호시간 산정이 가능하며, 우선신호의 적용에 앞서 대중교통 교차로 대기시간을 산정하여 우선신호에 따른 대중교통 통행패턴 변화를 사전에 분석할 수 있는 우선신호 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

우선신호 제어 시스템 및 방법{priority signal control system and method}

본 발명은 우선신호 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게로는 우선현시가 적용되는 대상인 우선현시대상의 지체를 최소화함과 동시에 우선현시대상의 대기시간을 산정하여 우선신호에 따른 교통 통행패턴 변화를 사전에 분석할 수 있는 우선신호 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

자동차 산업이 발달함에 따라 자동차의 수량은 기하급수적으로 증가하였고, 차량 수량 대비 도로 공급률이 현저히 떨어져 현재 도로 곳곳에는 차량들이 정체하는 교통정체 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 특히 유동차량이 밀집됨과 동시에 차량의 상충이 집중되는 교차로와 같은 경우 이러한 교통정체 현상은 더욱 심하게 발생한다.

그러나 이러한 교통정체 현상은 중앙트램 및 버스 등과 같은 대중교통의 이용에 불편함을 줌과 동시에 소방차 및 경찰차 등과 같이 신속한 이동이 보장되어야 하는 긴급차량의 이동을 방해하기 때문에 이러한 대중교통 및 긴급차량이 감지될 대 이들에게 우선적으로 신호를 주는 우선현시 시스템에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.

종래의 우선현시 제어 방법으로는 통상적으로 대중교통의 실시간 검지를 기반으로 대중교통에 유리한 신호시간을 일시적으로 적용하는 능동형 우선신호(Active Transit Signal Priority)와, 대중교통의 운행이력을 이용하여 대중교통에 유리한 신호시간을 지속적으로 적용하는 방식의 고정식 우선신호(Passive Transit Signal Priority)가 있다.

또한 종래의 능동형 우선신호 방법은 차량의 검지단계와, 우선신호의 요청 및 허용단계, 우선신호 구동단계로 이루어지고, 우선현시가 적용되어야 할 차량 또는 트램인 우선현시대상이 감지될 때에 한해 우선신호를 제공한다.

이러한 종래의 우선신호 방법으로는 우선현시를 조기에 시작하는 조기현시(early green)와, 우선현시를 연장하는 현시확장(green extension)과, 우선현시를 삽입하는 현시삽입(phase insertion)이 널리 사용되고 있다.

도 1은 등록특허 제 10-0470448호에 개시된 긴급차량용 교통신호등 제어시스템을 나타내는 구성도이다.

도 1의 교통신호등 제어시스템(이하 종래기술이라고 함)(100)은 크게 방재센터(101)와, 긴급차량용 교통신호제어기(103-1, 103-2, , 103-n)들과, 교통신호 제어기(103-1), ..., (103-n)들의 제어를 받으며 현시를 출력하는 긴급신호등(105-1), ..., (105-n)들과, 특정 건물 내에 설치되어 화재, 가스 누출 등을 감지하는 센서들과 연결되는 송신장치(107-1, , 107-n)들과, 긴급상황을 대처할 수 있는 병원(110), 경찰서(120) 및 소방서(130)들을 포함한다.

또한 방재센터(101), 긴급차량용 교통신호제어기(103-1), ..., (103-n)들, 송신장치(107-1), ..., (107-n)들, 병원(110), 경찰서(120) 및 소방서(130)들은 유선 또는 무선 네트워크(150)에 연결되어 상호 간에 데이터를 송수신한다.

방재센터(101)는 만약 송신장치(107-1), ..., (107-n)들로부터 긴급상황 발생신호가 입력되면 관리자로부터 입력되는 긴급상황 발생 신고지와 인접한 병원(110) 또는 경찰서(120) 또는 소방서(130)의 위치정보를 통해 긴급상황 발생 신고지와 인접한 병원(110) 또는 경찰서(120) 또는 소방서(130) 간의 이동 경로를 설정한 후 설정된 이동 경로의 도로에 설치된 각각의 긴급차량용 교통신호제어기(103-1), ..., (103-n)들에 대한 정보를 수집한다.

또한 방재센터(101)는 긴급차량이 통과할 도로에 설치된 각각의 긴급차량용 교통신호제어기(103-1), ..., (103-n)들에 대한 제어기 식별정보와 차량 이동경로 정보를 포함하는 긴급상황 메시지를 생성하고, 생성된 긴급상황 메시지를 긴급차량용 교통신호제어기(103-1,103-2, , 103-n)들로 출력한다.

또한 교통신호제어기(103-1), ..., (103-n)들은 긴급상황 메시지를 전송받으면 긴급차량의 이동경로에 따른 신호를 출력함으로써 긴급차량은 목적지까지 원활하게 이동할 수 있게 된다.

그러나 종래기술(100)은 교통신호제어기(103-1), ..., (103-n)들이 검지영역 내에 긴급차량을 감지하면 긴급차량에게 신호 우선권을 부여하도로 구성, 즉 타 차량의 정체는 전혀 감안하지 않기 때문에 긴급차량의 정시성은 증가할 수 있으나 타 차량들의 교통정체 현상이 더욱 증가하는 문제점이 발생한다. 특히 도심과 같이 차량들이 밀집되는 경우 타 차량의 이동을 고려하지 않은 긴급차량 우선신호 적용은 오히려 차량들의 상충을 증가시켜 교통 혼란을 야기시키는 원인이 된다.

또한 종래기술(100)은 단순히 좁은 검지영역(105) 내에 긴급차량의 진입여부에 따라 신호등 현시를 결정하기 때문에 교차로 전체에 대한 교통흐름 및 이동상황을 고려하지 못하는 문제점이 발생된다.

즉 1)우선현시대상에게 조기현시 및 현시확장을 통해 우선현시를 제공하고, 2)우선현시대상이 교차로를 통과할 때의 현시에 따라 적절한 녹색신호 주기를 결정할 수 있는 우선신호 제어 시스템 및 방법에 대한 연구가 시급한 실정이다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 해결과제는 우선현시가 적용되는 대상인 우선현시대상에게 적절한 우선현시를 제공하여 우선현시대상의 지체를 효율적으로 절감할 수 있는 우선신호 제어 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결수단은 우선현시대상의 대기시간을 산정하여 우선신호에 따른 교통 통행패턴 변화를 사전에 분석할 수 있는 우선신호 제어 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 우선현시대상에게 우선현시를 제공하기 위한 우선현시 제어 시스템에 있어서: 기 설정된 감지영역(S)으로 진입하는 우선현시대상을 감지하는 차량감지부; 기 설정된 현시주기에 대응되는 현시를 표출하는 신호등들; 상기 신호등들을 제어하며, 상기 차량감지부로부터 우선현시대상이 검지될 때 우선현시주기를 검출하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 우선현시대상의 도착예정시간(t)이 수학식 1, 2에 포함될 때, 현시확장을 결정하고, 수학식 3에 의해 현시확장시간(EXT)를 산출하고, 수학식 4에 의해 현시확장을 위한 우선신호의 길이(ext)를 산출하고, 수학식 5에 의해 우선신호가 구동되는 조건에서 비우선현시의 신호시간(Gi)를 산출하는 것이다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 트램의 지체를 최소화시킬 수 있는 우선신호의 신호시간 산정이 가능해진다.

또한 본 발명에 의하면 우선신호의 적용에 앞서 대중교통 교차로 대기시간을 산정하여 우선신호에 따른 대중교통 통행패턴 변화를 사전에 분석할 수 있게 된다.

도 1은 등록특허 제 10-0470448호에 개시된 긴급차량용 교통신호등 제어시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 우선신호 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2의 센서부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 컨트롤러에 저장되는 현시주기를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5의 (a)는 현시확장의 구동시간대를 나타내는 예시도이고, (b)는 현지확장의 최대시간을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6의 (a)는 조기현시의 구동시간대를 나타내는 예시도이고, (b)는 조기현시의 최대시간을 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 우선신호 제어 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 3은 도 2의 센서부를 설명하기 위한 예시도이다.

도 2의 우선신호 제어 시스템(1)은 우선현시가 적용되어야 할 차량 또는 트램인 우선현시대상이 감지될 때 우선현시대상에게 우선적으로 녹색신호를 제공함으로써 우선현시대상의 이동속도 및 정시성을 증가시키기 위한 제어 시스템이다. 이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 우선현시대상의 이동경로는 직진신호(녹색신호)인 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.

우선신호 제어 시스템(1)은 기 설정된 감지영역(S)으로 진입하는 우선현시대상을 감지하는 차량감지부(5-1), ..., (5-N)들과, 후술되는 컨트롤러(3)의 제어에 따라 기 설정된 현시주기에 대응되는 현시를 표출하는 신호등(7-1), ..., (7-N)들과, 기 설정된 현시주기에 따라 (7-1), ..., (7-N)들들을 제어함과 동시에 차량감지부(5-1), ..., (5-N)들로부터 우선현시대상이 검지될 때 우선현시주기를 검출하는 컨트롤러(3)로 이루어진다.

차량감지부(5-1), ..., (5-N)들은 교차로(S')의 정지선(10)으로부터 기 설정된 거리(대략 150m) 이전의 중앙차선을 진입하는 차량을 감지하며, 감지된 감지신호를 컨트롤러(3)로 전송한다. 이때 차량감지부(5-1), ..., (5-N)들은 도로에 매립되는 루프코일, 적외선, 3D 카메라, 등과 같이 감지영역으로 진입한 차량을 감지할 수 있는 다양한 구성 및 방법이 적용될 수 있다.

또한 차량감지부(5-1), ..., (5-N)들은 우선현시대상에 설치되는 OBE(on board equipment)로부터 차량수집정보를 전송받아 우선현시대상을 감지하도록 하는 RSE(road side equipment)로 구성될 수 있다.

컨트롤러(5)는 신호등(7-1), ..., (7-N)들을 제어하는 단말기이며, 기 설정된 주기에 따라 신호등(7-1), ..., (7-N)들의 현시정보 및 현시주기에 따라 신호가 출력되도록 신호등(7-1), ..., (7-N)들을 제어한다.

또한 컨트롤러(3)는 차량감지부(5-1), ..., (5-N)들로부터 전송받은 감지신호를 분석하여 우선현시대상의 차량속도, 위치(차선), 우선현시대상이 정지선(10)에 도착할 때 현시주기 상에서의 위치를 검출한다.

또한 컨트롤러(3)는 검출된 데이터들을 기반으로 우선현시대상에게 조기현시 및 현시확장 중에서 어느 하나를 적용할 것인지 또는 우선현시를 적용하지 않을 것인지를 결정한다.

이하 컨트롤러(3)가 차량감지부(5-1), ..., (5-N)들로부터 전송받은 감지신호에 따라 우선현시대상의 현시를 결정하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다. 이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 우선현시대상이 중앙트램 전용궤도를 따라 시속 40kph의 고정된 속도로 주행하는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.

도 4는 컨트롤러에 저장되는 현시주기를 설명하기 위한 예시도이다.

컨트롤러(3)는 n개의 현시체계를 하나의 주기로 하는 현시주기가 기 설정하여 저장한다. 이때 현시주기의 우선현시(Priority Phase)는 대중교통 현시 및 이와 함께 서비스되는 일반차량 현시로 정의되고, 비우선현시(Non-Priority Phase)는 우선현시와의 상충으로 함께 서비스 될 수 없는 일반차량의 모든 잔여현시로 정의된다.

- 현시확장(green extension) 검출 방법

조기현시는 우선현시의 녹색시간 종료 이후에 트램이 교차로에 도착하는 경우에 적용된다.

이때 g1은 트램이 감지될 때 1현시의 녹색시간 크기이고, TT는 감지위치에서 정지선까지 트램의 통행시간이고, t는 트램이 감지될 때의 감지시각(1 ~ 주기길이(C)이고, EXT는 녹색신호의 최대연장가능 시간이다.

수학식 1과 2에서와 같이 수식 트램 검지시각 t, 검지기부터 정지선까지 통행시간 TT, 우선현시 녹색시간 g1를 이용하여 Green Extension의 구동 시간이 표현된다. 여기에서 트램 상류부 검지기 검지시각 t는 0에서 주기까지의 범위로 우선신호 구동 및 신호시간 산정 기준이 된다.

도 5의 (a)는 현시확장의 구동시간대를 나타내는 예시도이고, (b)는 현지확장의 최대시간을 설명하기 위한 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 현시확장은 트램의 검지시각 t가 우선현시 미제공시 트램이 교차로를 통과하지 못하는 시점인 'g1 - TT'에서부터 우선현시가 종료되는 시간인 g1까지 구동된다.

또한 현시확장에 적용되는 우선현시의 추가녹색시간은 비우선현시의 최소녹색시간과 황색시간을 제외한 여유녹색시간만을 이용하며, 트램이 상류부 검지기의 검지시각을 기준으로 우선신호 구동체계에 따라 우선현시 및 비우선현시의 주기가 결정된다.

현시확장의 EXT는 수학식 3에 정의된 바와 같이, 주기 C에서 우선현시의 녹색시간 g1과 비우선현시의 최소녹색시간 mingi, 황색시간 Ai를 제외한 비우선현시 여유녹색시간의 총합으로 정의된다.

또한 현시확장을 위한 적정 우선신호의 길이 ext는 수학식 4와 같이 트램의 정지선 도착 예정시간 t + TT와 우선현시 g1간의 차이이며, 트램이 교차로를 무정차 통과하기 위한 시간에 해당한다.

우선신호가 구동되는 조건에서 비우선현시의 신호시간 GI는 수학식 5에서와 같이 정상 녹색시간 gi에서 우선신호 ext의 일정 부분을 제외하여 산정하며, 비우선현시의 최적 시간길이를 산정할 수 있다.

이때 비우선현시의 녹색시간 감소량을 결정하는 ext의 감소비율 ai는 총 합이 수학식 6에서와 같이 1.0이 된다.

또한 우선신호 구동에 따른 조정된 비우선현시의 녹색시간은 수학식 7에서와 같이 최소 및 최소 및 정상녹색시간 범위에서 결정되어야만 한다.

- 조기현시(early green)

도 6의 (a)는 조기현시의 구동시간대를 나타내는 예시도이고, (b)는 조기현시의 최대시간을 설명하기 위한 예시도이다.

도 6의 (a), (b)에 도시된 것과, 수학식 8에 정의된 바와 같이 조기현시는 트램의 검지시각 t가 현시확징이 구동 가능한 시간이 종료된 이후를 의미하는 g1에서부터 우선신호 없이도 트램이 교차로에 도착하면, 우선현시의 녹색시간이 시작되는 'c - TT'의 범위일 때 구동된다.

조기현시를 위해 제공 가능한 최대 시간 EAR은 도 6의 (b)에 도시된 것과, 수학식 9에 정의된 바와 같이 비우선현시의 여유녹색시간 합계에 해당하며, 조기현시를 적정 우선신호 길이 ear은 수학식 10에 정의된 바와 같이 주기길이에서부터 우선현시, t 시점에 완료된 k-1 현시의 신호시간, 현재 현시를 의미하는 k 현시의 누적진행시간, 다음 현시를 의미하는 k+1 현시의 최소녹색시간과 차이로 표현된다.

또한 트램이 검지된 t 시점에 서비스되는 k 현시에서 도출 가능한 여유녹색시간은 수학식 11에 정의된 바와 같이 현시 진행시각이 최소녹색시간을 경과하지 않은 경우 여유녹색 시간 전체를 이용가능 하며, 최소녹색시간을 경과한 경우 t 시간 까지 누적녹색시간curmgk를 제외한 녹색시간에 해당한다.

우선신호 제공 이후의 비우선현시의 녹색시간 Gi는 수학식 12에 정의된 바와 같이 정상현시의 녹색시간에서 조기현시를 위해 제공되는 추가 녹색시간 ear에 가중치 Bi를 고려하여 산정한다.

조기 현시를 위한 가중치의 합은 현시확장에서와 동일한 방식으로 수학식 13에 정의된 바와 같이 총합이 1.0으로 처리된다.

또한 우선신호를 위해 조정된 비우선현시의 녹색시간은 수학식 14에 정의된 바와 같이 정상 및 최소녹색시간의 범위에서 결정된다.

- 트램(대중교통)의 교차로 대기시간 산정 방법

상류부 검지기의 트램 검지시각 t가 수학식 15에 정의된 바와 같이 교차로 도착 시점에 녹색시간이 제공되는 시점인 C-TT에서부터 녹색시간 종료 전 트램의 교차로 통과가 가능한 g1-TT까지의 경우 우선신호의 구동없이도 비우선현시의 정상 녹색시간 동안 트램의 교차로 통과가 가능하다.

우선신호 구동조건에서 트램의 교차로 대기시간 TW는 수학식 16에 정의된 바와 같이 트램이 교차로에 도착이후 대기여부에 따라 결정되며, Early Green의 제공 조건에 서만 교차로 대기가 발생한다.

또한 현시확장과 No Priority 조건에서는 트램의 교차로 대기시간이 발생하지 않으며, 조기현시 중 중 교차로 도착 이후에도 대기 후 교차로를 통과하는 경우로서현재 시점에서 k현시의 잔여 녹색시간 remgk 및 잔여 황색시간 remaAk와 현재 이후 k+1 현시 부터의 최소녹색시간 및 황색시간의 합에서 검지기에서 교차로까지 통행시간과의 차이로 표현된다.

현재 k 현시의 잔여녹색시간 remgk는 수학식 17에 정의된 바오 k같이 트램의 검지시점이 최소녹색시간을 경과하지 않은 경우 현재 시점 이후로 남아있는 최소녹색시간에 해당하며, 최소녹색시간을 경과한 경우 즉시 녹색시간이 종료됨에 따라 0으로 처리된다.

잔여황색시간 remAk는 잔여녹색시간과 동일한 방법으로 수학식 18에 정의된 바와 같이 트램의 검지시점에 황색신호의 진행 여부에 따라 현시의 잔여황색신호를 결정된다.

1:우선신호 제어 시스템 3:컨트롤러
5-1, ..., 5-N:차량감지부 7-1, ..., 7-N:신호등

Claims

우선현시대상에게 우선현시를 제공하기 위한 우선현시 제어 시스템에 있어서:
기 설정된 감지영역(S)으로 진입하는 우선현시대상을 감지하는 차량감지부;
기 설정된 현시주기에 대응되는 현시를 표출하는 신호등들;
상기 신호등들을 제어하며, 상기 차량감지부로부터 우선현시대상이 검지될 때 우선현시주기를 검출하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는
우선현시대상의 도착예정시간(t)이 수학식 1, 2에 포함될 때, 현시확장을 결정하고, 수학식 3에 의해 현시확장시간(EXT)를 산출하고, 수학식 4에 의해 현시확장을 위한 우선신호의 길이(ext)를 산출하고, 수학식 5에 의해 우선신호가 구동되는 조건에서 비우선현시의 신호시간(Gi)를 산출하는 것을 특징으로 하는 우선현시 제어 시스템.
[수학식 1]

g1:트램이 감지될 때 1현시의 녹색시간 크기, TT:감지위치에서 정지선까지의 트램 통행시간,
t:트램이 감지될 때의 감지시각, EXT:녹색신호의 최대연장가능 시간
[수학식 2]

g1:트램이 감지될 때 1현시의 녹색시간 크기, TT:감지위치에서 정지선까지의 트램 통행시간,
t:트램이 감지될 때의 감지시각, EXT:녹색신호의 최대연장가능 시간
[수학식 3]

g1:주기 C에서 우선현시의 녹색시간, mingi:주기 C에서 비우선현시의 최소녹색시간,
Ai:황색시간
[수학식 4]

t:트램의 정지선 도착 예정시간, TT:감지위치에서 정지선까지의 트램 통행시간,
g1:트램이 감지될 때 1현시의 녹색시간 크기
[수학식 5]

Gi:우선신호가 구동되는 조건에서 비우선현시의 신호시간,
gi:정상 녹색시간