KR20110130608A - 노변장치와 하이패스 차량단말기를 이용한 영상검지시스템의 자가 보정방법 및 자가 보정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation System/ITS 시스템)에 사용되는 영상검지시스템에서, 간이로 설치할 수 있는 복수개의 노변장치(RSE: Road Side Equipment)를 이용하여 영상검지시스템 스스로 속도정보의 측정을 위한 캘리브레이션을 수행할 수 있도록 하는 차량 영상검지시스템의 차량속도 정보 측정 캘리브레이션 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

Description

노변장치와 하이패스 차량단말기를 이용한 영상검지시스템의 자가 보정방법 및 자가 보정시스템{A Slef-Calibration Motheod For Vehicle Detection System Using DSRC Road Side Equipment and On Board Unit}

본 발명은 노변장치와 하이패스 차량단말기를 이용한 영상검지시스템의 자가 보정방법 및 자가 보정시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation System/ITS 시스템)에 사용되는 영상검지시스템에서, 간이로 설치할 수 있는 복수개의 노변장치(RSE: Road Side Equipment)를 이용하여 영상검지시스템 스스로 속도정보의 측정을 위한 캘리브레이션을 수행할 수 있도록 하는 노변장치와 하이패스 차량단말기를 이용한 영상검지시스템의 자가 보정방법 및 자가 보정시스템에 관한 것이다.

현재 ITS 시스템에서 광범위하게 사용하고 있는 영상검지시스템은 카메라를 이용하여 도로를 통행하는 차량을 촬영하여 차량의 통행량, 차량의 통행속도 등의 교통정보를 도로의 훼손 없이 수집할 수 있는 장점을 가지고 있다. 도 1은 이러한 종래의 영상검지시스템을 통해서 취득한 도로를 주행하는 차량에 대한 영상이다.

그런데 이러한 종래의 차량 영상검지시스템에서는 교통정보를 취득함에 있어서, 차량을 직접적으로 검지하는 것이 아니라, 카메라를 통해서 취득한 영상을 통하여 간접적으로 차량을 검지하는 방식을 사용한다. 따라서 검지기의 환경설정의 정확도에 따라 검지정보의 신뢰도가 확연한 차이를 발생하게 된다. 예를 들면, 스피드 건이나 지중에 매설된 공지의 속도 검출방식을 이용하게 되면 차량의 속도를 직접적으로 측정하여 알 수 있다. 그러나 영상검지시스템은 차량의 속도를 직접 측정하는 것이 아니라, 차량을 촬영한 영상에서 차량의 속도를 검지하는 것이다. 즉, 영상검지시스템의 경우, 교통량(차량의 지체, 정체, 원활한 소통, 시간당 통과 차량 수 등의 상황 정보)은 눈으로 보아서 즉각적으로 확인하고 측정할 수는 있지만, 차량의 속도는 직접 확인하고 측정하지 않고 영상으로부터 측정하게 되는 것이다.

따라서 영상검지시스템을 이용하여 차량의 속도 정보를 정확하고 신뢰성있게 취득하기 위해서는 속도 측정 정보의 캘리브레이션(Calibration)(이를 "튜닝" 또는 "보정"이라고도 표현함)이 필요하다. 즉, 동일한 상황에서 영상검지시스템을 통해서 차량의 속도를 측정함과 동시에 정확한 차량 속도 측정 방식을 이용하여 차량의 속도를 측정하여, 영상검지시스템을 통해 측정된 차량 속도와, 정확한 방식을 이용하여 측정된 차량의 속도를 비교하여, 영상검지시스템을 통해서 측정된 차량 속도의 오차를 없애서 정확한 차량 속도의 측정이 가능하게 하는 것이 필요한 것이다.

한편, 차량의 속도를 정확하게 측정함에 있어서 레이저식 이동식 기준 검지기를 사용하는 경우가 있다. 그런데 레이저식 이동 기준 검지기를 이용하는 경우, 검지기의 설치를 위해는 작업자가 직접 도로에 진입하여 반사지를 부착하는 작업 등이 필요하여 작업 위험성이 높으며, 설치된 반사지에 레이저 포인트를 정확히 조사하여야 하는데, 이러한 작업은 매우 난이도가 높은 것이기 때문에, 작업의 효율성과 정확성이 극히 저하되는 문제가 있다. 또한 레이저식 이동 기준 검지기는 기상화경에 매우 민감하여, 약간의 우천이나 도로의 습윤상태에서 사용에 많은 제약이 있게 된다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 영상검지시스템에서의 차량 속도 정보에 대해서, 정확한 차량 속도 검출 값을 이용하여 캘리브레이션을 수행함으로써, 영상검지시스템을 통해서 정확한 차량 속도 정보의 취득이 가능하도록 하는 것에 근본적인 목적이 있다.

특히 본 발명은 영상검지시스템의 차량 속도 검출 값에 대한 캘리브레이션을 수행하기 위하여 정확한 차량 속도를 측정함에 있어서, 간이로 설치할 수 있는 복수개의 노변장치(RSE:Road Side Equipment)를 사용하여, 정확한 차량 속도를 안전한 방식으로 측정하며, 상기 노변장치를 영상검지시스템과 연결시켜, 노변장치를 통해 취득된 정확한 차량 속도 측정치를 이용하여 영상검지시스템 스스로 속도정보를 캘리브레이션할 수 있도록 하여 교통정보 수집의 신뢰도를 향상시키며, 이러한 작업에 따르는 위험성을 낮추고, 영상검지시스템 설치시의 편의성을 확보하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 영상검지시스템을 설치하고, 측정환경을 설정함에 있어서, 현재 차량에 많이 장착되어 있는 하이패스단말기(DSRC 단말기)를 인지할 수 있고 지향성 안테나를 갖춘 DSRC 노변장치(이하, "노변장치"라고 약칭함)를 복수개(예를 들어 2대 또는 4대) 설치하여 정확한 차량 속도를 측정함과 동시에, 측정된 차량 속도 결과를 이용하여 상기 영상검지기시스템이 스스로 차량 속도 정보에 대한 캘리브레이션을 수행할 수 있게 하는 방법 및 시스템이 제공된다.

본 발명에서, 상기 노변장치는, 영상검지기의 검지영역 중 차량의 진입 및 진출 부분에 설치되며, 상기 노변장치는 최소길이를 갖는 프레임으로 구성된 통신만을 요구하여 1.6 msec 주기로 단말기의 접속요구를 받는다. 특히, 본 발명에서는 노변장치의 주파수 각도를 좁게 하더라도 충분한 차량의 검지를 보장하게 된다. 이와 같이 노변장치가 설치되어 있는 상태에서, 하이패스 단말기를 장착한 차량이 노변장치 설치 지점을 통과하게 되면, 노변장치는 링크주소(LID)를 수집하게 되며, 통과하는 차량이 일정거리에 설치된 다른 노변장치 아래를 차례로 지나 갈 때 링크주소를 수집하는 시간차를 이용하여 차량의 속도를 구할 수 있다. 영상검지시스템의 영상검지기에서 검출된 차량의 속도와 비교하여 영상검지기의 속도보정 파라미터를 조정함으로써 영상검지기의 캘리브레이션을 수행한다.

본 발명에 의하면, 간단한 이동형 노변장치를 사용하여 추가적인 장비설치 없이 간단히 영상검지기의 파라미터를 캘리브레이션할 수 있다. 또한 검지영상검지기의 캘리브레이션을 수행할 때, 차선의 내부에 진입하는 안전상의 문제를 해결할 수 있고, 무선기반의 구성으로 다양한 기상환경에서도 사용이 용이하여 영상검지기를 설치하고 캘리브레이션하는데 많은 편의를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 영상검지시스템을 통해서 취득한 도로를 주행하는 차량에 대한 영상을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 영상검지기와 이동식 노변장치가 설치되어 차량의 속도를 측정하는 것을 보여주는 개념도이다.
도 3은 데이터 프레임의 형식을 보여주는 도면이다.
도 4는 최소형태의데이터 프레임 형식을 보여주는 도면이다.
도 5는 접속요구슬롯(ACTS)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 접속요구 채널(ACTC)의 세부구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 보정파라미터에 대한 차량의 높이/길이와 보정값 간의 관계를 보여주는 그래프도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 발명에서 영상검지시스템의 카메라는 지주에 설치되어 도로 위를 주행하는 차량을 촬영하게 된다. 즉, 편도 또는 왕복차선으로 구성된 도로를 촬영하여 교통정보를 취득하는 것이다. 이동식 노변장치는 현재 일반적으로 사용하고 있는 하이패스 단말기를 장착하고 있는 차량이 지나가면 차량에 구비된 하이패스 단말기를 인식하여 그로부터 필요한 정보를 입수할 수 있는 "하이패스 인식 신단말기"와, 통신기(예를 들면, 안테나 또는 구체적으로는 지향성 안테나, 패치형 안테나)와, 이를 설치할 수 있는 지주를 포함하여 구성된다.

도 1의 사진과 도 2의 도면을 함께 연결하여 설명하면, 도 1의 사진에서 도로 바닥의 사각형에 1, 2, 3, 4가 표시되어 있는 것은 촬영되는 차선을 의미하고, 원 내에 1, 2, 3, 4가 표시된 원 부분은 영상검지시스템의 카메라가 촬영하게 되는 영역 또는 이동식 노변장치가 인식하게 되는 영역을 의미한다. 도 2에서 원 내에 1, 2가 표시되어 있는 원 부분은 이동식 노변장치가 인식하게 되는 영역을 의미한다. 구체적으로 본 발명의 방법을 적용하기 위한 시스템의 설치 구성을 살펴보면, 도 2에서 보는 것과 같이, 왕복 4차로의 경우 외곽차선인 2번 및 4번 차선(도 1에서 도로 바닥에 사각형으로 표시되고 그 안에 숫자 2와 4가 각각 기재되어 있는 차선) 외측의 갓길 등에, 도 1의 원 내에 1, 2, 3, 4가 기재되어 있는 원부분을 향하도록 삼각대 등과 같은 지지대에 설치된 이동식 노변장치를 각각 도 2와 같이 설치한다. 이 때 상기 노변장치는 안테나를 사용하여 전파의 빔폭을 가능한 좁게 만듦으로써 속도 신뢰도를 높이도록 한다.

노변장치와 영상검지기간 연계는 통상이 무선통신에 의하게 되는데 WiFi 등과 같은 무선랜 방식이 적합하다. 실제 대부분의 검지영역은 영상검지와 30m이내에서 이루어지며, 대부분의 영상검지기 또한 네트워크를 지원하므로 무선랜 AP1개의 설치로 충분히 장비간의 통신을 수행할 수 있으며, 배선 또한 필요 없으므로 간소한 구성이 가능하다. NTP(Network Time Protocol)를 이용하여 영상검지기와 노변장치들 간의 시간동기를 맞춘다.

이와 같이 노변장치와 영상검지기가 설치된 상태에서는 다음과 같은 방식에 의해 속도정보 수집을 위한 DSRC 통신 요청 및 테이터 수집이 이루어진다.

우선 도 3은 데이터 프레임의 형식을 보여주는 도면이고, 도 4는 최소형태의데이터 프레임 형식을 보여주는 도면이다. 도 5는 접속요구슬롯(ACTS)의 구조를 보여주는 도면이고, 도 6은 접속요구 채널(ACTC)의 세부구조를 보여주는 도면이다.

TTA, 5.8GHz 대역 노변기지국과 차량 단말기간 근거리전용 무선통신 표준을 참조할 수 있다. 구체적으로, 차량의 속도 정보를 수집하기 위하여 DSRC통신 규약 중에서 데이터링크 계측만 사용한다. 통신 프레임은 시간 축 상에서 여러 개의 슬롯들로 이루어지며, 각 슬롯들의 100옥텟으로 길이는 동일하다. 각 슬롯은 도 3과 같이 데이터 성격에 따라 프레임 제어 슬롯(FCMS:Frame Control Message Slot), 메시지 데이터 슬롯(MDS : Message Data Slot) 및 접속요구 슬롯(ACTS : Activation Slot)으로 구분된다. 이러한 프레임의 구성에서 최소의 형태 즉, 가장 짧은 형태의 프레임의 형성은 도 4에 도시된 것처럼 FDMS 슬롯 1개와 ACTS슬롯 1개로 구성될 수 있다. DSRC는 물리적으로 1Mbps로 통신할 수 있도록 되어 있기 때문에 이와 같이 구성하면 1개의 프레임당 200옥텟 즉, 1600bit의 데이터만 요구되므로 1개 프레임당 점유시간은 1.6 msec로서, 초당 625회의 프레임 전송이 가능하다. 만일 차량이 100km/h의 속도로 주행한다면, 그 차량은 1초당 27m, 1 msec당 27cm 이동하므로 고속으로 주행하는 차량을 검지하는데 충분한 사양을 확보할 수 있다.

FCMS에서는 프레임의 형태를 정의 하게 되어 있다. 최소 형태의 프레임을 사용할 경우, FCMS와 ACTS 1개만 사용할 수 있는데 ACTS의 형태는 도 5와 같이 6개의 ACTC(접속 요구 채널, Activation Channel)로 구성되어 있으며, 차량 단말기가 노변장치를 만나면, ACTC중 1개에 자신의 정보를 담아서 노변장치에 접속요구를 하게 된다. 이러한 ACTC는 도 6과 같은 비트 구성을 갖게 된다. 여기서 도 6에서 PR은 프리앰블로 싱크를 위한 신호[10101010 10101010]이며 CSW은 채널동기신호 [01001011 00111110]로 고정된 값이며 FID는 고정장치 식별번호, LID 링크주소, LRI는 링크요구 서브필드, LRC는 재시도 횟수이다. 여기서 우리는 단말기의 링크주소(LID)와 재시도 횟수(LRC)만을 수집한다. 하이패스 단말기를 장착한 하나의 차량이 지나갈 경우, 차량의 속도와 단말기의 성능에 따라 여러 개의 정보가 수집될 수 있으며, 이 정보를 활용하여 차량의 속도를 구한다.

다음에서는 데이터 연계 및 속도 산출 방법에 대해 설명한다.

우선 영상검지기와 각 노변장치는 NTP기반으로 시간동기가 일치되어 있다고 가정할 수 있다. 이러한 상황 즉, 영상검지기와 각 노변장치는 NTP기반으로 시간동기가 일치되어 있는 상황은, 각각 NTP클라이언트를 구현하고 같은 네트워크 영역 내에 관리 및 모니터링용 노트북에 NTP 서버를 실행하는 것으로 구현할 수 있다. 이와 같은 시간동기는 단순히 서로간의 동기이며, 실제시간과 정확히 맞을 필요는 없다.

각 노변장치(100)는, 자신의 검지영역에 단말기를 장착한 차량이 검지되어 링크주소가 수집되면, 그 링크주소와 수집시간을 함께 메모리상에 저장하고, 다수개의 같은 링크주소가 수집될 경우 마지막으로 수집된 시간을 함께 저장한다. 이때 이전에 저장하였던 최초 수집시간과 마지막 수집시간의 중간시간을, 수집된 링크주소 및 자신의 ID와 함께 보정파라미터 추출장치(영상검지기 또는 전용소프트웨어)로 전송한다. 보정파라미터 추출 장치는 이렇게 수집된 ID정보로부터 도 1 및 도 2에서 원 내에 1과 2번이 표시되어 있는 각각의 영역을 지난 시간차와 두 지점의 거리로부터 계측 속도를 간단히 구할 수 있다. 또한 동일 시간대에 영상검지기에서 검출된 차량의 속도 정보들로부터 보정파라미터를 구한다.

다음으로는 영상검지기의 속도 보정 파라미터를 구하는 방법에 대해 설명한다. 영상검지기가 계측하는 속도 영향에 가장 크게 미치는 요소는 차량의 높이이다. 카메라를 통해 들어오는 영상에서 이동하는 물체는 같은 높이를 이동하더라도 카메라의 거리에 따라 영상내에서 이동거리는 다르게 나타난다. 카메라와 가까이 있을수록 더 많이 이동하는 것처럼 보이게 된다. 이와 같은 이유로 인해 높은 차량이 더 높은 속도로 계측되며, 이러한 현상으로 인하여 일반적인 속도 오차가 발생하게 된다. 그러나 영상검지기와 같이 고정된 단일 카메라로 물체의 높이를 정확히 판단하기는 매우 어려운 문제이므로, 위와 같은 속도 계측 상의 오차는 필연적으로 발생할 수밖에 없다. 따라서 본 발명에서 보정파라미터의 변수로 차량의 높이와 길이를 사용한다. 여기서 차량의 높이와 길이 정보는 참고 특허 "이동 물체의 특징점을 이용하는 영상 검지 방법"(출원번호:10-2008-0085000)에서는 사용한 방법을 이용하여 취득할 수 있다.

최종적으로 보정파라미터가 반영되어 보정된 속도

는 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.

상기 수학식 1에서

은 영상 검지기가 계측한 차량의 속도이고,

,

는 각각 상수이고,

는 차량의 높이에 의한 보정파라미터이며,

차량의 길이에 의한 보정파라미터이다. (h는 차량의 높이를, 영어 소문자 l은 길이를 의미한다), 상기 수학식 1에서

와 는 계측값에 어떤 값을 보상하였을 때 참값과 같게 되는지를 구하는 문제로 동일한 방법으로 구할 수 있다. 즉, 우선 영상검지기에서 계측된 값을

라 하고 노변장치를 이용하여 계측값을

라고 했을 때 검출될 때 마다 각각의 보정값은 다음 수학식 2와 같이 구할 수 있다.

상기 수학식2와 같이 구해진 보정값은 차량의 높이와 차량의 길이를 변수로 하여 도 7과 같이 2차원 평면에 각각 표출할 수 있다. 도 7은 보정파라미터에 대한 차량의 높이/길이와 보정값 간의 관계를 보여주는 그래프도이다.

상기 값들은 수치해석의 데이터 모델링 기법을 이용하여 1차방정식으로 구해질 수 있으며, 이들이 보정파라미터

,

가 된다. 본 데이터들을 1차 방정식으로 유도할 경우에는 강인 추정방법인 local M-estimate기법을 이용한다.(참고문헌 Numerical Recipes, third edition pp818~824)

상수

,

는 높이 및 길이에 대한 보정값의 weight값을 나타내는 상수로서, 두 값의 합이 1이 되도록 조정하면 된다. 만일 차량의 높이를 계측할 수 없는 일반적인 영상검지기를 사용할 경우

을 '0'으로 두면 된다.

100 : 노변장치

Claims (1)

1. 노변장치와 하이패스 차량단말기를 이용한 차량 영상검지시스템의 차량속도 정보 측정 캘리브레이션하는 것을 특징으로 하는 영상검지시스템의 자가 보정방법 및 자가 보정시스템.

Images