KR100748609B1 - 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 ETCS 시스템에 RFID 기술을 적용시켜 하나의 DSRC 통신장치로 여러 차선에 ETCS 서비스를 제공할 수 있도록 한 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템에 관한 것으로, 본 발명의 장치는 각 차량에 탑재되는 복수의 OBU와, 상기 OBU의 차량 정보 및 개인적 정보를 수신하는 동시에 요금부과치를 송신시키는 역할을 수행하는 RFCU와, 요금징수과정에서 카드의 초기화 및 승인 등의 역할을 수행하는 SAM과, OBU 사용자에게 요금징수처리의 결과를 디스플레이해주는 복수의 UDE와, 차종을 분류하는 복수의 AOVD와, 상기 AOVD에 의해 분류된 차종과 DSRC 통신으로 얻어진 OBU의 차종이 다를 경우 위반 차량으로 판단하여 해당 위반 차량을 촬영하는 복수의 VCPE와, 유료도로를 주행하는 각 차량에 탑재되며, 상기 차량의 식별정보를 포함하는 차량 정보를 기억하는 복수의 RFID 태그와, 도로의 각 차선마다 설치되어 상기 RFID 태그로부터 차량 정보를 수신하는 RFID 리더기를 포함하며, 상기 수신된 차량 정보 및 해당 차선 정보를 CCU로 전달하는 복수의 LSE와, 상기 각 구성요소와 연결되어 요금징수절차 및 부정통행차량처리절차 기능을 제어하는 CCU를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

ETCS, DSRC, RFID 태그, RFID 리더기

Description

다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템{Electronic Toll Collection System that provide Multi-lane service}

도 1은 종래 기술에 따른 ETCS의 서비스 개념도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다차로 서비스를 제공하는 ETCS의 개략적인 시스템 구성을 나타낸 개념도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다차로 서비스를 제공하는 ETCS의 개략적인 시스템 구성을 나타낸 블록도.

도 4는 본 발명의 CCU와 LSE 간에 송수신되는 데이터 형식을 나타낸 예시도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다차로 서비스를 제공하는 ETCS 서비스 방법의 상세한 흐름을 도시한 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : OBU 20 : RFCU

30 : SAM 40 : UDE

50 : AOVD 60 : VCPE

70 : RFID Tag 80 : LSE

90 : CCU

본 발명은 자동요금징수시스템에 관한 것으로, 특히 기존에 기술적인 문제점 때문에 1개의 차로에서만 운영되었던 자동요금징수시스템을 통한 Hi-Pass 서비스를 다 차로에서 제공 가능토록 함으로써 무인화를 통한 인건비 절약, 톨게이트 부근의 정체 문제 등을 해결하고자 한 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템에 관한 것이다.

자동요금징수시스템(Electronic Toll Collection System: ETCS)는 고속도로 등 유료도로의 톨게이트(Tollgate)에 설치 운영되며 통행료 부과대상차량에 탑재된 차량탑재장치(On Board Unit: 이하 'OBU'이라 함)와 통행료 자동 징수를 위해 도로변에 설치한 노변장치(Road Side Unit: 이하 'RSU'이라 함)가 서로 연동하여 도로통행요금을 자동으로 과금하는 시스템으로, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자가 상기 OBU(100)를 차량에 부착하여 서비스를 지원하는 차선으로 진입하게 되면 단거리전용통신(Dedicated Short Range Communication: 이하 'DSRC'이라 함)을 활용하여 RSU(200)와 OBU(100)를 통해 인증된 카드와 입력된 차량의 데이터를 획득함으로써 자동요금징수가 이루어지게 된다. 상기 DSRC는 통신 매체로 구분되는 RF(Radio-Frequency)-DSRC방식과 IR(Infra-Red)-DSRC방식의 두 가지 방식으로 구분되며, 이러한 두 방식의 DSRC 시스템은 서로 다른 통신 매체로 통신을 하지만 OSI 7 layer의 7계층은 동일한 구조를 가지고 있기 때문에 ETCS의 Application이 두 방식 모두 활용이 가능하다.

현재 ETCS는 고속도로 톨게이트에서 DSRC 기술을 통하여 1개의 차로에서만 시범 운영되고 있는데, 향후 고속도로를 포함한 유료도로 톨게이트에서의 무인화를 통한 인건비 절약, 톨게이트 부근의 정체 문제 해결 등을 위해서는 2개 이상의 다 차로(Multi-lane)에서 ETCS가 운영될 필요성이 대두되고 있다.

그러나, 종래의 ETCS에서는 다 차로 서비스 시행이 어려운 몇 가지 제한사항이 있는데, 첫 번째로 DSRC 기술은 최소 통신 반경이 10m인 점을 감안할 때 차로 간 간섭을 일으킨다는 것이고, 두 번째로 상술한 간섭 문제를 해결하기 위해서는 인접 차로 간에 주파수 채널을 다르게 하는 방안이 있으나 현재 우리나라에는 주파수가 2채널만 할당되어있다는 문제점이 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 ETCS 시스템에 RFID 기술이 적용되어 각 차량이 진입한 차선을 구분하기 위한 LSE(Lane Selection Equipment)를 추가함으로써 하나의 DSRC 통신장치로 여러 차선에 ETCS 서비스를 제공할 수 있도록 한 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 1 또는 2 이상의 차선을 가 진 유료도로를 주행하는 각 차량에 탑재되며, 상기 차량의 식별정보를 포함하는 차량 정보를 기억하고, 개인적 정보가 등록된 스마트카드 및 DSRC 무선통신수단을 가진 복수의 OBU와, 요금부과용 안테나를 통해 상기 OBU의 차량 정보 및 개인적 정보를 수신하는 동시에 요금부과치를 송신시키는 역할을 수행하는 RFCU와, 요금징수과정에서 카드의 초기화 및 승인 등의 역할을 수행하는 SAM과, OBU 사용자에게 요금징수처리의 결과를 디스플레이해주는 복수의 UDE와, 통과하는 차량의 폭과 길이 등을 측정하여 차종을 분류하는 복수의 AOVD와, 상기 AOVD에 의해 분류된 차종과 DSRC 통신으로 얻어진 OBU의 차종이 다를 경우 위반 차량으로 판단하여 해당 위반 차량을 촬영하는 복수의 VCPE와, 1 또는 2 이상의 차선을 가진 유료도로를 주행하는 각 차량에 탑재되며, 상기 차량의 식별정보를 포함하는 차량 정보를 기억하는 복수의 RFID 태그와, 도로의 각 차선마다 설치되어 상기 RFID 태그로부터 차량 정보를 수신하는 RFID 리더기를 포함하며, 상기 수신된 차량 정보 및 해당 차선 정보를 CCU로 전달하는 복수의 LSE와, 상기 각 구성요소와 연결되어 복수의 차선을 통과하는 개개 차량의 차량 정보 및 차선 정보, 부정통행여부를 판단하고, 정상 차량인 경우에는 요금징수절차를 수행하며, 부정통행 차량인 경우에는 해당 차량을 촬영하여 사용자에게 통보하는 기능을 제어하는 CCU를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 OBU, RFCU, SAM, UDE, AOVD, VCPE, RFID 태그, LSE, CCU를 포함하여 이루어진 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템의 서비스 방법에 있어서, 복수의 차선마다 설치된 상기 LSE가 각 차 량에 장착된 RFID 태그로부터 차량 번호를 획득하고, 상기 차량 번호 및 해당 차선 번호 정보가 포함된 데이터를 CCU로 전송하는 제1단계와, 상기 RFCU가 각 차량의 OBU와 DSRC 통신에 의해 차량 정보를 수신하여 상기 CCU로 전송하는 제2단계와, 상기 CCU가 LSE를 통해 입력된 차량 번호 및 차선번호와, RFCU를 통해 입력되는 OBU의 정보를 비교하여 각 차량이 어느 차선으로 진입하였는지를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 CCU가 차량번호와 일치하는 차선의 AOVD, RFCU 등 각종 제어장치와 연동시켜 요금 징수를 위한 처리 절차를 수행하는 제3단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다차로 서비스를 제공하는 ETCS의 개략적인 시스템 구성을 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다차로 서비스를 제공하는 ETCS의 개략적인 시스템 구성을 나타낸 블록도이다.

상기 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 다차로 서비스를 제공하는 ETCS 시스템은 차량탑재장치(On Board Unit: 이하 'OBU'이라 함)(10), 노변장치(Radio Frequency Control Unit: 이하 'RFCU'이라 함)(20), 요금징수부(Secure Application Module: 이하 'SAM'이라 함)(30), 사용자표시장치(User Display Equipment: 이하 'UDE'이라 함)(40), 차량분리기(Advanced Optical Vehicle Detector: 이하 'AOVD'이라 함)(50), 부정통행차량촬영수단(Violation Car Photograph Equipment: 이하 'VCPE'이라 함)(60), RFID 태그(70), 차선분류장치(Lane Selection Equipment: 이하 'LSE'이라 함)(80), 중앙제어장치(Central Control Unit: 이하 'CCU'이라 함)(90)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 OBU(10)는 1 또는 2 이상의 차선을 가진 유료도로를 주행하는 각 차량에 탑재되며, 상기 차량의 식별정보(ID), 차종 정보 및 요금 징수 방법 등을 포함하는 차량 정보를 기억하고, DSRC 무선통신수단을 가진 장치로서, RFCU(20)와의 DSRC 무선통신을 통해 차량 정보 전송 및 요금정산절차를 수행하게 된다. 특히, 상기 OBU(10)에는 미리 개인적 정보가 등록된 스마트카드(IC Card)를 포함하여 구성되며, 이러한 스마트카드는 한국도로공사 등의 웹사이트 또는 오프라인 방문을 통해 차량 소유주 확인 절차 및 차량 고유의 RFID 식별 번호, 차량 등록 번호 및 사용 카드 번호 등을 등록함으로써 사용할 수 있는 것으로, 상기 OBU(10)가 상기 RFCU(20)로부터 요금부과치 정보를 수신하면, 상기 요금부과치를 상기 스마트카드의 개인적 정보 중 잔고로부터 인출하는 처리를 수행하게 된다.

상기 RFCU(20)는 RF-DSRC 방식을 사용하는 ETCS에 있어서 요금부과용 안테나(21)를 이용한 상기 OBU(10)와의 DSRC 무선통신을 통해 OBU(10)의 차량 정보 및 개인적 정보를 수신하거나 OBU(10)로 요금부과치를 송신하는 역할을 수행한다.

상기 SAM(30)은 CCU(90)의 제어에 의해 요금징수과정에서 OBU(10)에 탑재된 스마트카드의 초기화 및 승인 등의 역할을 수행하며, 상기 UDE(40)는 각 차선마다 1개 이상 설치되어 CCU(90)의 제어에 의해 각 OBU(10) 사용자에게 요금징수처리의 결과를 디스플레이해준다.

상기 AOVD(50)는 각 차선마다 1개 이상 설치되어 통과하는 차량의 폭과 길이 등을 측정하여 차종을 분류하는 역할을 수행하며, 상기 VCPE(60)는 각 차선마다 1개 이상 설치되어 상기 AOVD(50)에 의해 분류된 차종과 DSRC 통신으로 얻어진 OBU(10)의 차종이 다를 경우 위반 차량으로 판단하여 해당 위반 차량을 촬영하는 역할을 수행한다.

상기 RFID 태그(70)는 1 또는 2 이상의 차선을 가진 유료도로를 주행하는 각 차량에 탑재되는 것으로, 상기 차량 번호를 포함하는 차량 식별 정보를 기억하고 있으며, 각 차선마다 설치된 RFID 리더기를 통해 CCU(90)와 통신하게 된다. 상술한 본 발명의 일 실시예에서는 상기 RFID 태그(70)가 OBU(10)와는 별도로 구성되어 차량의 적소에 장착되는 것을 전제로 하고 있으나, 바람직하게는 상기 OBU(10)에 일체형으로 구성시킬 수도 있다.

상기 LSE(80)는 도로의 각 차선마다 설치되어 소정의 통신영역에 위치한 RFID 태그(70)를 인식하여 상기 RFID 태그(70)로부터 차량 정보를 수신하는 RFID 리더기를 포함하며, 상기 수신된 차량 정보 및 해당 차선 정보를 CCU(90)로 전달하는 역할을 수행하는 것으로, 특히, 상기 RFID 리더기의 통신영역은 이웃한 차선 간에 평행하게 달리거나 또는 한 차선에 꼬리를 물고 달리는 복수의 차량이 간섭을 일으키는 문제를 방지하기 위해 통신반경을 한 차선만을 커버할 수 있도록 한 차량의 길이보다 짧으며 한 차선의 폭보다 좁은 영역으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 적용되는 RFID는 DSRC이 사용하는 주파수 대역인 5795-5815 MHz 및 5835-5855 MHz과는 다른 주파수 대역인 908.5-914 MHz를 사용함으로써 각 차선 간에 간섭을 피하였고, DSRC에 비해 통신영역이 한정적이므로 차선구분에 사용이 가능한 것이다.

상기 CCU(90)는 본 발명을 이루고 있는 상기 각 구성요소와 연결되어 복수의 차선을 통과하는 개개 차량의 차량 정보 및 차선 정보, 부정통행여부를 판단하고, 정상 차량인 경우에는 요금징수절차를 수행하며, 부정통행 차량인 경우에는 해당 차량을 촬영하여 사용자에게 통보하는 기능을 제어하는 역할을 수행한다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템(ETCS)은 주된 기술사상을 요약하면 OBU(10)와 RFCU(20)의 DSRC 통신을 시작으로 자동요금징수 서비스를 수행하는 종래 ETCS 서비스와 달리, 첫 번째로 각 차선마다 설치된 LSE(80)가 CCU(90)에 연결되어 요금 징수 처리 과정에서 해당 차선으로 진입하는 차량에 부착된 RFID 태그(70)로부터 차량 번호를 획득하고, 상기 차량 번호 및 해당 차선 번호 정보가 포함된 데이터를 CCU(90)로 전달한 후, 두 번째로 RFCU(20)가 각 차량의 OBU(10)로부터 차량 정보를 수신하여 상기 CCU(90)로 전달하게 된다. 이어 상기 CCU(90)가 LSE(80)를 통해 입력된 차량 번호 및 차선번호와, RFCU(20)를 통해 입력되는 OBU(10)의 정보를 비교하여 차량이 어느 차로로 진입하였는지를 판단하고, 상술한 ETCS 내의 다른 각 장치들과 연동하여 자동요금징수 절차를 수행하게 되며, 이에 따라 다 차로에서의 ETCS 서비스를 제공할 수 있는 것이다. 이 때, 상기 LSE(80)와 CCU(90)간에 입출력되는 데이터 코드 형식은 도 4에 도시된 바와 같이 구성된다.

도 5는 본 발명에 따른 다차로 서비스를 제공하는 ETCS 서비스 방법의 일 실시예의 상세한 흐름을 도시한 흐름도이다.

상기 도 5를 참조하면, 고속도로 등의 유료도로상에서 2대 이상 복수의 차량이 복수 차선을 통해 동시에 톨게이트에 진입하는 상황에서, 우선, 차선마다 설치된 LSE(80)가 각 차량에 장착된 RFID 태그(70)로부터 차량 번호를 획득하고, 상기 차량 번호 및 해당 차선 번호 정보가 포함된 데이터를 CCU(90)로 전송하게 되면, 상기 CCU(90)가 일단 상기 데이터를 저장한다.(S501~S502)

이어, RFCU(20)가 각 차량의 OBU(10)와 DSRC 통신에 의해 차량 정보를 수신하여 상기 CCU(90)로 전달하면(S503~S505), 상기 CCU(90)가 LSE(80)를 통해 입력된 차량 번호 및 차선번호와, RFCU(20)를 통해 입력되는 OBU(10)의 정보를 비교하여 각 차량이 어느 차선으로 진입하였는지를 판단하고(S506), 그 판단 결과에 따라 CCU(90)가 차량번호와 일치하는 차선의 AOVD(50), UDE(40), VCPE(60), RFCU(20) 등 각종 장치와 연동시켜 요금 징수를 위한 처리 절차를 수행하게 된다.(S507~S525) 이 때, 상기 요금 징수 절차(S506~S525)는 ETCS 응용인터페이스 표준이 명시된 바와 같은 공지의 기술로써 상세한 요금 징수 절차 과정에 대한 설명은 생략한다.

상기 요금 징수 절차가 완료된 후 상기 단계(S510)에서 CCU(90)가 AOVD(50)로부터 입력받은 차종 분류 정보와 OBU(10)로부터 입력받은 차량 정보를 비교하여 부정통행차량여부를 판단하며(S526), 그 판단 결과, 만약 부정통행차량이 발생하였을 경우 CCU(90)가 해당 차선의 VCPE(60)를 제어하여 위반 차량을 촬영하고(S527~S528), 이를 각 차선에 설치된 UDE(40)를 통해 사용자에게 위반사항을 알 리게 됨(S529~S530)으로써 모든 거래가 종료처리됨(S531~S532)과 동시에 RFCU(20)와 OBU(10)와의 통신이 종료된다.(S533)

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위가 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 다 차로에 있어서 ETCS 서비스를 제공 가능하게 함으로써 무인화를 통한 관리자 및 결재자 고용을 최소화한 인건비 절약, 톨게이트의 빠른 통과로 인해 톨게이트 구분에서의 정체문제 해결, 차량의 연료비 절감 및 환경오염 방지 등의 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 새로운 모델에 RFID를 감지할 수 있는 장치를 설치함으로써 향후 각 자동차회사와 연계되어 모든 차량에 RFID 태그 부착이 의무화된다고 가정하였을 경우 상기 RFID 태그와 OBU의 정보만으로도 차종의 비교가 가능하게 되어 차종분류장치(AOVD)를 설치할 필요가 없어지므로 설치비용 절감의 효과를 얻게 될 것이며, 더욱 나아가서는 RFID 리더기로 집계된 차량의 데이터를 활용하여 고속도로 통행량 예측 등 다양한 교통정보 제공이 가능한 효과를 가진다.

Claims (7)

1 또는 2 이상의 차선을 가진 유료도로를 주행하는 각 차량에 탑재되며, 상기 차량의 식별정보를 포함하는 차량 정보를 기억하고, 개인적 정보가 등록된 스마트카드 및 DSRC 무선통신수단을 가진 복수의 OBU(10)와,

요금부과용 안테나를 통해 상기 OBU(10)의 차량 정보 및 개인적 정보를 수신하는 동시에 요금부과치를 송신시키는 역할을 수행하는 RFCU(20)와,

요금징수과정에서 카드의 초기화 및 승인 등의 역할을 수행하는 SAM(30)과,

각 OBU(10) 사용자에게 요금징수처리의 결과를 디스플레이해주는 복수의 UDE(40)와,

통과하는 차량의 폭과 길이 등을 측정하여 차종을 분류하는 복수의 AOVD(50)와,

상기 AOVD(50)에 의해 분류된 차종과 DSRC 통신으로 얻어진 OBU(10)의 차종이 다를 경우 위반 차량으로 판단하여 해당 위반 차량을 촬영하는 복수의 VCPE(60)와,

1 또는 2 이상의 차선을 가진 유료도로를 주행하는 각 차량에 탑재되며, 상기 차량의 식별정보를 포함하는 차량 정보를 기억하는 복수의 RFID 태그(70)와,

도로의 각 차선마다 설치되어 상기 RFID 태그(70)로부터 차량 정보를 수신하는 RFID 리더기를 포함하며, 상기 수신된 차량 정보 및 해당 차선 정보를 CCU(90)로 전달하는 복수의 LSE(80)와,

상기 각 구성요소와 연결되어 복수의 차선을 통과하는 개개 차량의 차량 정보 및 차선 정보, 부정통행여부를 판단하고, 정상 차량인 경우에는 요금징수절차를 수행하며, 부정통행 차량인 경우에는 해당 차량을 촬영하여 사용자에게 통보하는 기능을 제어하는 CCU(90)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템.

제 1항에 있어서, 상기 OBU(10)는,

상기 RFCU(20)로부터 요금부과치 정보를 수신하면, 상기 요금부과치를 상기 스마트카드의 개인적 정보 중 잔고로부터 인출하는 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템.

제 1항에 있어서, 상기 RFID 태그(70)는,

상기 OBU(10)에 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템.

제 1항에 있어서, 상기 LSE(80)는,

RFID 리더기의 통신영역을 한 차선만을 커버할 수 있도록 한 차량의 길이보다 짧으며 한 차선의 폭보다 좁은 영역으로 설정시키는 것을 특징으로 하는 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템.

제 4항에 있어서,

상기 RFID 리더기는 908.5 ~ 914 MHz의 사용 주파수 대역이 설정되는 것을 특징으로 하는 다차로 서비스를 제공하는 자동요금징수시스템.

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