한국 ITS 학회논문지제 9 권, 제 5 호 (2010 년 10 월 ) pp.49~58 3 구신호등제어용교통신호제어기개발 Development of a Traffic Signal Controller for the Tri-light Traffic Signal 한원섭 * 고광용 ** 허낙원 *** 이철기 **** 하동익 ***** 이병철 ****** (Won-Sub Han) (Gwang-Yong Gho) (Nak-Won Heo) (Chul-Kee Lee) (Dong-Ik Ha) (Byung-Cheol Lee) 요 약 현재국내에서사용되는교통신호제어기는 4구신호등 ( 적색, 황색, 녹화살표, 녹색 ) 체계로개발된 경찰청교통신호제어기표준규격 을따르고있으나, 국가정책에따라 3구신호등체계로바뀌어운영될예정에있다. 이에따라본연구에서는기존 4구신호등체계로개발된표준규격교통신호제어기를 3구신호등 ( 적색, 황색, 녹색 ) 체계에맞도록신호등기부를개선하는방법으로 3구신호등용교통신호제어기를설계 개발하였다. 등기구동장치 (LSU) 는 2조의 3색 R-Y-G 출력스위치를가져총 6개의출력용량을갖도록개선되었다. 이동류별및교통수단별 ( 차량, 버스, 자전거, 보행 ) 3색신호를부여하기위해최대 16개까지등기구동장치 (LSU) 를수용하여총 96개의출력용량을갖도록버스체계가개선되었다. 최대 32개까지늘어난적색등점멸제어를위해점멸기 (FLASHER) 장치를개선하였다. 소프트웨어부문에서는지역제어기와센터시스템간통신규약이개선되었으며, 3구신호등체계의 LSU에적합한새로운시그널맵코드체계를부여하였다. 개발된 3구신호등제어용교통신호기에대해프로토콜운전, 원격제어기능, 제어모드별운전기능을각각시험하였으며, 테스트결과모두정상적으로동작하였다. Abstract The traffic signal controllers being used in the domestic currently are being manufactured based on the korean national police standard which was developed for controlling the quad-light traffic signal having the red, yellow, left-turn arrow, and green lights. But according to the national policy for the traffic operation, they have to be changed to be able to switch the tri-light signal having red, yellow and green lights. In this study, a new tri-light traffic signal controller was designed and developed by the way improving the Signal Control Unit of the existing quad-light standard traffic controller. The Load Signal Unit(LSU) was improved to output 6 signals which are the two assemblies of three signal indications having the red, yellow, and green lights. To enough traffic signals output to control each directional movements and the various transport modes which are car, bus, bike, and pedestrian etc., the connector bus system was designed to be able to accommodate maximum 96 signals outputs being constructed by 16 LSUs. Flasher device was developed to be able to support maximum 32 red signals. In the software, the communication protocol between traffic control center and the traffic signal controller was improved and new signal map code values were defined for the developed LSU controlling the quad-light traffic signal. A model of the quad-light traffic signal controller developed and was tested three operations, protocol-operation, remote-command and control-mode. The test result operated all of them successfully. Key words : Traffic signal controller, LSU, FLASHER, signal head, signal control unit * 주저자 : 도로교통공단교통과학연구원수석연구원 ** 공저자및교신저자 : 도로교통공단교통과학연구원선임연구원 *** 공저자 : 도로교통공단교통과학연구원연구원 **** 공저자 : 아주대학교 ITS 대학원교수 ***** 공저자 : 인트라스대표이사 ****** 공저자 : 도시교통개발원원장 논문접수일 : 2010 년 8 월 8 일 논문심사일 : 2010 년 10 월 6 일 게재확정일 : 2010 년 10 월 8 일
1. 연구배경및목적 Ⅰ. 서론 경찰청에서는유지보수체계비용절감과효율성개선을위해부품간호환성을확보하도록하는교통신호제어기표준규격을제정하여운영하고있다. 표준규격이제정된이후각도시별로설치되는교통신호제어기는표준규격에서제시하는기능과규격을만족하는검사를거쳐현장에설치되고있다. 이표준규격은도로교통법에지정된교차로의신호등 4구신호등운영형태 ( 적색, 황색, 녹색화살표, 녹색 ) 를지원하기위해 4구신호등용등기구동시스템을기본으로하고있다. 한편국가경쟁력강화위원회와경찰청등관련기관합동으로추진되는교통운영체계선진화사업에서는기존에운영되는 4구신호등을 3구신호등체계로변경하여, 방향별차종별로전용신호 1) 로운영하는등신호운영체계전반에대하여변화를모색하고있다 [1]. 이와같은신호운영체계의변화를수용하기위해서는기존교통신호제어기표준규격서의보완이요구되고있다. 따라서본연구는 교통운영체계선진화사업 과관련하여 3구신호등운영체계에맞도록기존교통신호제어기의설계를변경하여현장에적용할수있도록하는것을목적으로하고있다. 2. 연구방법 본연구는기존 4구신호등체계로개발된교통신호제어기표준규격을 3구신호등운영체계에맞도록교통신호제어기의하드웨어및소프트웨어의설계를보완하고자하였다. 이에따라먼저기존 4구신호등신호등제어를대상으로개발된교통신호제어기의표준규격을분석하였다. 다음으로 3구신호등체계를수용하기위하여요구되는신호등출력용량을분석하고합리적인용량확장대안을선정하였다. 1) 직진및좌 우회전교통류에적 황점 녹색의원형 화살표신호등과차종별적 황 녹색의신호등운영 용량확장대안에따라시제품을제작하고 3구신호등제어에필요한프로토콜과출력코드체계를추가하였다. 개발된시제품을교통신호제어기기능검사시스템과연계하여운영시험을실시하였다. Ⅱ. 교통신호기표준규격검토 1. 구성체계 교통신호제어기표준규격에정의된교통신호기의구성은주제어부 (MCU: Main Control Unit), 신호구동부 (SCU: Signal Control Unit) 및기타장치부와수동조작판 (Police Panel), 단자대함 (TF: Terminal Facility) 으로구성된다. 각장치는 19인치 EIA 규격의랙에주제어부 6U, 신호구동부 3U, 기타장치부 3U 높이의보드가장착된다 [2]. 2. 주제어부주제어부에서는 VME 버스주기판을기반으로하여, CPU보드, 모뎀, 검지기보드, 운영자입력장치, 옵션보드와전원장치로구성된다. 이중 CPU보드는신호구동부의컨트롤러와시리얼통신으로연결되어신호스텝별로신호등표출을제어한다. 이외에 CPU보드는통신장치를통하여관제센터중앙장치와자료교환, 차량검지기, 운영자입력장치등각모듈로부터정보를받아들여분석 처리하는기능을갖는다. 기타기능규격에서지정된소프트웨어적인제어기능과통신규약부분에서지정된데이터처리방법에따라교통신호기를제어한다. 3. 신호구동부 (SCU: Signal Control Unit) 신호구동부 (SUC) 는교통신호제어기의주제어부 (MCU: Main Control Unit) 로부터신호현시운영계획에대한정보를수신하여, 등기구동장치 (LSU: Load Switch Unit) 를통하여 AC전원을제어하여외부에설치된신호등을구동하고, 출력되는신호의모순및점멸신호를운영한다. 신호구동부는일반 I/O BUS 의주기판을기반으로컨트롤러 (Controller) 50 한국 ITS 학회논문지제 9 권, 제 5 호 (2010 년 10 월 )
보드, 점멸기 (Flasher Unit) 및등기구동장치 (LSU : Load Switch Unit) 로구성된다. 컨트롤러는직렬통신단자를통하여주제어부 (MCU) 로부터현재진행중인현시조합에대한정보를공급받아궤환신호정보와비교하여소프트웨어적으로모순검지를수행한다. 신호구등데이터를근거로직접등기구동장치 (LSU) 를제어하여신호등을구동하며, 신호등점등상태의모순이발생하였을때적색또는황색신호등을점멸시킨다. 컨트롤러는교차로신호등의점등상태모순과신호등전구의단선검지, 적신호단락 (Red Fail) 및전원이상 (Power Interrupt) 등의장애에대해점멸기를구동하는기능을갖는다. 등기구동장치 (LSU: Load Switch Unit) 는컨트롤러로부터제어신호를받아신호등출력전원을직접제어하며, 그제어결과에대한검사값결과를컨트롤러보드로되돌려준다. LSU는신호등에공급되는전력을제어하는전력제어부, 신호등의등기전압을검출하는검출회로와 Red Fail 검출회로, 녹모순신호검지부 (G-G Conflict Monitoring), DATA LATCH 부및신호등구동회로로구성된다. 표준규격에서는총 8개의 LSU 보드가장착할수있도록설계되어있다. LSU는차량 4구신호등 (R, Y, A, G) 과보행자신호등 (PR, PG) 의출력을구동할수있도록설계되어, 최대 48개의출력제어가가능하다. 점멸기는비절연모드에서동작하는자체전원장치및제어회로를내장한다. 컨트롤러의모순판단에따른점멸명령과기능이상을판단하여점멸제어를수행한다. 8개의 LSU로부터모순상태의입력신호 (CONF) 를전달받아컨트롤러의명령차단, 점멸명령의전달및모순상태를컨트롤러에보고하는기능을갖는다. 신호등구동부에서장치별접속을위한백플레인버스규격은 < 표 1> 과같이 32핀커넥터를기준으로구성되어있다 [3]. D0~D5신호는 LSU에스위치 ON, OFF를지정하는신호선으로서순서대로 PR, PG, R, Y, A, G 출력을지시한다. F0~F5신호는 LSU가 LAMP 동작상태를검출하여컨트롤러에전달하기위한신호선으로순서대로 PR, PG, R, Y, A, G 상태값이된 < 표 1> 신호구동부각장치별버스접속규격 <Table 1> Bus signal allocation under the current standard DIN 41612 TYPE-F (48 PIN) SCU 핀배정 DIN 41612 TYPE-F (24+7 PIN) LSU 핀배정 DIN 41612 TYPE-F (24+7 PIN) FLASH 핀배정 NO D B Z NO D B Z NO D B Z 2 +5V D0 GND 2 +5V D0 GND 2 ACF7 ACF7 ACF7 4 D1 D2 D3 4 D1 D2 D3 4 ACF8 ACF8 ACF8 6 D4 D5 SEL0 6 D4 D5 SEL# 6 F.G F.G F.G 8 SEL1 SEL2 SEL3 8 F0 F1 F2 8 POD* 10 SEL4 SEL5 SEL6 10 F3 F4 F5 10 FLASH SCU-RUN GND 12 SEL7 F0 F1 12 WRITE* SRST* +12V 12 CRST* SRSTT* Z/C 14 F2 F3 F4 14 CRST* CONF* +12-0 14 ACN+ CONF* 16 F5 P0 P1 16 AC- AC- AC- 16 ACN- ACN- ACN- 18 P2 P3 P4 20 PR0# 20 ACF2 20 P5 P6 P7 22 PG0# 22 ACF1 22 CONF* +12V 24 RR0# 24 ACF4 24 POD* +12V-0 26 Y0# 26 ACF3 26 RUN FLASH Z/C 28 A0# 28 ACF6 28 WRITE* SRST CRST 30 G0# 30 ACF5 30 RXD TXD GND 32 AC+ 32 AC+ 32 (RXD1) (TXD1) (GND) 다. P0~P7신호는수동조작패널에서입력된각기능단자의신호전달에사용된다. 4. 소프트웨어기능 현재표준규격으로제작된교통신호제어기는출력신호를코드화하여일정한현시표출단계별로테이블을구성한 Signal Map에따라운영되고있다. 제어기는시간흐름에따라각단계를진행하면서정해진스텝마다지정된코드가정한스위치를끄거나켜면서신호등을운영한다. 신호운영맵은 A링과 B링의스텝이독립적으로지정되어최소 32스텝이상의정보를보관할수있도록규정하고있다. 또각스텝은 4구신호등의차량등과보행자신호를구동할수있도록 8개의 LSU 의차량등과보행등의출력방법을지정한다. 이를 < 표 2> 4 색등화용신호운영맵코드값 <Table 2> Output command codes of the quad-light LSU 코드값 차량등 보행등 0x00 적색 R 고정 보행적색고정 0x01 좌회전진행 AG 고정 - 0x02 좌회전후황색 Y 고정 - 0x03 황색 Y 점멸 - 0x10 직진진행 G 고정 보행녹색고정 0x20 직진황색 Y 고정 보행녹색점멸 0x30 적색 R 점멸 ( 보행적색점멸 ) 주 ) 좌회전진행코드다음에직진황색, 직진진행코드다음에좌회 전황색이올수없다. Vol.9 No.5(2010. 10) The Journal of Korean Institute of Intelligent Transport Systems 51
위하여 < 표 2> 와같이신호운영맵을구성하는신호출력별코드값을지정하여운영하고있다 [4]. Ⅲ. 3 구신호등용교통신호제어기개발 1. 기본구상 1) 3 구신호등구동요구출력수산정 3구신호등의운영목적은방향별차종별로신호등을분리설치하여운영하는형태이다. 4지형교차로를기준으로교통신호제어기에서요구되는출력을종합하면 < 표 3> 과같다. 방향별 3구신호등의구동을위해서는 36개의출력이요구되고, 중앙버스전용신호의구동을위해서는 12개, 자전거전용신호구동을위해서는 16개, 보행신호등구동을위해 16개의신호출력단자가요구되며, 방향별 1개소씩연동신호출력등을감안하면총 96개의출력이요구된다 [5]. < 표 3> 3 구신호등제어기의신호등구동출력단자수 <Table 3> The required number of signal output 구분 설치등화 요구출력 - 직진 3구신호등방향별 3구신호등 - 좌 / 우회전 3구신호등 36개 중앙버스전용신호 - 버스직진 3구신호등 12개 노면전차등신호 - 대향접근로각각 6색등 12개 자전거전용신호 - 자전거직진 3색등화 12개 차량연등신호 - 방향별 3구신호등 12개 보행자신호 -2단횡단보도신호등지원 12개 계 96개 주 ) 표준규격교통신호제어기신호등기출력수 : 48개 치를재설계하는것이다. 각보드에구성장치를축소하여전면판폭을축소하여 16개의 LSU를 19인치랙에수용할경우, 제어기함체의변경없이수용이가능하며, 16개의 LSU로설계할경우 96개의출력단자를확보할수있어향후신호운영체계의다양한변화를수용할있게된다 [5]. < 표 4> 3 구신호등기능구현방안 <Table 4> Alternatives to accomplish a proper tri-light signal controller 구분 1 안 2 안 신호등제어출력수만족 기존 3U의 LSU에출력단자를 R1, Y1, G1, R2, Y2, G2로재구성하고, LSU를 8장에서 16 장으로확장, 신호구동부여타장치재설계 LSU 를 6U 높이로확장하여 PR, PG, R1, Y1, G1, R2, Y2, G2 의출력단자 2 개를추가구성, 신호구동부여타장치재설계 출력단자수물리활용단자가능 차량보행부족부족 96 92 +22 4 64 64-12 4 장단점 - 전면판의크기조정으로 3U 의 19 인치랙에수용가능하고, 여유분의출력단자확보가능 - 신호등구동부재설계 - 구성장치프로그램수정필요 - 교통류별출력단자확보가능 - 기존 3U 보드내공간부족으로 6U 높이보드설계필요 - 함체획장설계필요 - 횡단보도용출력단자낭비 - 충분한출력단자미확보 두번째방안은 LSU에 PR, PG, R1, Y1, G1, R2, Y2, R3, Y3, G3의출력단자 2개를추가구성하여신호구동부의여타장치를새롭게개발하는것이다. 이방안은기존 3U 보드내에 8개의출력단자를수용하기위하여 6U 높이가필요한데, 이는함체 2) LSU 구성대안선정 앞에서검토한바와같이 4구신호등체계를방향별수단별 3구신호등체계로변경할때에는출력수가증가하므로기존교통신호제어기를 3구신호등체계로변경하기위해출력용량을증가해야하며, < 표 4> 및 < 그림 1> 과같이 2가지가제안된다. 첫번째방안은기존 3U의 LSU에출력단자 6개를 R1, Y1, G1, R2, Y2, G2로재구성하고, LSU를 8 장에서 16장으로확장하여, 신호구동부의여타장 < 기존 LSU> < 개선 1 안 > < 개선 2 안 > < 그림 1> LSU 보드에출력단자확장설계방안 <Fig. 1> Alternatives to increase signal outputs 52 한국 ITS 학회논문지제 9 권, 제 5 호 (2010 년 10 월 )
의크기에대한전반적인변경이수반되기때문에고려하기어렵다. 따라서본연구에서는기존제어기함체의변경설계없이 3구신호등체계를수용할수있는 1안으로개발방향을결정하였다. 2. 하드웨어부문개선 1) 구성장치별전면판폭설계 6개출력을수용하는 LSU보드를 16장으로확장할경우 LSU보드당 2개의적색신호등출력을갖게된다. 이에따라적색등의이상시점멸신호로구동하는입출력단자의수가기존 8개에서 32개로늘어나므로점멸장치가개선되어야한다. 16개 LSU와 3개 FLASH/FLS-E 및컨트롤러를 19인치표준랙에수용하기위해장치전면판너비를 8HP에서 4HP로축소하였으며전체 80HP(426.72mm ) 로 84HP의폭을갖는 19인치 (482.6mm) 서브랙내에수용이가능하도록하였다 (< 표 5>, < 그림 2>). 로인버스접속규격에대한설계변경이요구된다. 기존에커넥터핀은컨트롤러보드에 DIN 41612 TYPE-F 48핀, LSU와점멸보드는 DIN 41612 TYPE-F 24(+7) 핀을사용하고있어, LSU가확장될때컨트롤러부에확장되는 LSU를지정하기위한여유접속커넥터핀이없는실정이다. 여유핀의확보를기존 4구신호등용제어기의버스신호선을재배정하여확장되는 LSU 및점멸보드를수용하도록하였다 (< 표 6>). LSU가 8개로설계되었던기존의버스체계에서 16 개로확장된 LSU를제어하려면버스신호선이약 2 배로필요하게되어, 현재의 3U의버스구조로설계할수없다. 따라서 LSU의그룹 (LSU0~7, LSU8~16) 선택신호선 (GSEL) 으로기존버스신호선이사용하지않는핀을할당하였다. GSEL 신호와 SEL* 신호가동시에 LOW가되었을때해당그룹의 LSU가활성화되며, SEL0-7 신호를통하여구동이가능한 LSU의수가두배로확장되는것을지원한다. < 표 5> 신호구동부의구성보드별장착폭 <Table 5> Front panel spaces of the elements of SCU 구분 폭 수량 계 등기구동장치 (LSU) 4HP 1 4HP 컨트롤러보드 4HP 16 64HP 점멸장치보드 4HP 3 12HP 계 - - 80HP(406.4mm ) < 그림 2> 개발된 3 구신호등용신호제어기구성 <Fig. 2> Layout of the developed controller 2) 장치별버스접속규격설계 3구신호등의구동을위하여 LSU 및점멸보드가추가되어질경우에는구성장치간데이터전송통 < 표 6> 3 구신호등용제어기의버스접속사양 <Table 6> Signal assignment of the tri-light SCU CONT (CPU 보드 ) LSU 핀배정 FLASH 핀배정 NO D B Z NO D B Z NO D B Z 2 +5V D0 GND 2 +5V D0 GND 2 ACF7 ACF7 ACF7 4 D1 D2 D3 4 D1 D2 D3 4 ACF8 ACF8 ACF8 6 D4 D5 SEL0 6 D4 D5 SEL# 6 F.G F.G F.G 8 SEL1 SEL2 SEL3 8 F0 F1 F2 8 POD* FMODE* 10 SEL4 SEL5 SEL6 10 F3 F4 F5 10 FLASH SCU-RUN GND 12 SEL7 F0 F1 12 WRITE* SRST* +12V 12 CRST* SRSTT* Z/C 14 F2 F3 F4 14 CRST* CONF* +12-0 14 ACN+ FOUT* CONF* 16 F5 P0 P1 16 AC- AC- AC- 16 ACN- ACN- ACN- 18 P2 P3 P4 20 PR0# 20 ACF2 20 P5 P6 P7 22 PG0# 22 ACF1 22 CONF* +12V 24 RR0# 24 ACF4 24 POD* +12V-0 26 Y0# 26 ACF3 26 RUN FLASH Z/C 28 A0# 28 ACF6 28 WRITE* SRST CRST 30 G0# 30 ACF5 30 RXD TXD GND 32 AC+ 32 AC+ 32 (RXD1) (TXD1) (GND) FLS-E 1 핀배정 FLS-E 2 핀배정 점멸기확장보드 -LABEL : FLS-E -FLASH EXTENDER NO D B Z NO D B Z 2 ACF15 ACF15 2 ACF27 ACF27 4 ACF16 ACF16 4 ACF28 ACF28 6 F.G F.G F.G 6 F.G F.G F.G 8 ACF17 ACF17 FMODE* 8 ACF29 ACF29 FMODE* 10 ACF18 ACF18 FOUT* 10 ACF30 ACF30 FOUT* 12 ACF19 ACF19 FLS_5V 12 ACF31 ACF31 FLS_5V 14 ACF20 ACF20 GND 14 ACF32 ACF32 GND 16 ACN- ACN- ACN- 16 ACN- ACN- ACN- 20 ACF10 20 ACF22 22 ACF9 22 ACF21 24 ACF12 24 ACF24 26 ACF11 26 ACF23 28 ACF14 28 ACF26 30 ACF13 30 ACF25 32 AC+ 32 AC+ (*) 표시는 Active LOW임을나타냄 -FLASH 8 출력 -FLS-E 각 12 출력 - 점멸출력소요에따라확장보드를선택적으로설치 - CONT( 예비 ) 는 CONT 와동일핀및커넥터설치후비워둠 LSU 숫자가대폭늘어나면서진동이나기구적 Vol.9 No.5(2010. 10) The Journal of Korean Institute of Intelligent Transport Systems 53
결함이발생할가능성이커지게된다. 이런문제점을보완하기위해컨트롤러에서의도한구동신호 (D0~D5) 가 LSU장치로버스에러없이전달되었는지검증할수있도록버스출력신호를되돌려받도록 DFM신호가추가되었다. DFM 신호가활성화되면 LSU는피드백시그널인 F0~F7에 LAMP 검출값대신버스에서읽힌 D0~D7 값을되돌려줌으로써컨트롤러가데이터전달이상을판단할수있다. 3) 컨트롤러 (CONTROLLER) 부 확장된 8개의 LSU를제어하기위해 GSEL(Group Select) 신호가추가되었다. GSEL은 Low와 High의출력신호조합으로하위 8개또는상위 8개 LSU 그룹을선택하여 D0~D7 라인을전달할 LSU를확장하여지정할수있다 (< 표 7>). < 표 7> 3 구신호등용컨트롤러의등기구동신호비교 <Table 7> Comparison of the data signal assignment 구분 D0 D1 D2 D3 D4 D5 4구신호등용 PR PG R Y A G 3구신호등용 R1 Y1 G1 R2 Y2 G2 4) 점멸기 (FLASHER) 기존 4구신호등체계에서는각 LSU가하나의접근로를담당하고 LSU 당적색신호가 1개씩존재하므로 8개의적색출력만점멸기비상점멸스위치에연결해놓으면된다. 하지만, 3구신호등체계에서는 LSU 당 2개의적색출력을갖게되므로적신호이상이검출되었을때점멸신호로구동되어져야하는출력스위치가 32개가필요하므로출력용량을확장할수있도록점멸기외에확장점멸기 (FLS-E) 2개를추가구성하였다 (< 그림 3>). 이와같이점멸기를사용할경우주점멸기 (FLASH) 의 8개출력과 2개의확장점멸기각각에 12개의출력을수용할수있어, 총 32개의 AC 점멸구동출력을발생시킬수있다. 번호 표시 기 능 2 FLP 전원상태표시 LED 3 4 5 ACV COM STA 전원전압검출결과표시 (220V / 110V) CONTROLLER간 RUN 상태를표시기능동작상태를표시 (FLASH 상태 / 정상상태 ) < 그림 3> 3 구신호등용점멸기전면판규격 <Fig. 3> Front panel layouts of the developed FLASHER 점멸기는기존 4구신호등용점멸장치의버스체계를그대로따르되확장점멸장치에독립된 DC전원을공급하고, 점멸을동기화시키는출력신호선을갖추어야한다. 이를위해점멸출력의동기를위한새로운버스신호선 (FMODE, FOUT) 을추가하였다 (< 표 6>). 5) 등기구동장치 (LSU : Load Switch Unit) 16장으로확장되는 LSU를 19인치 RACK에수용하기위하여 LSU의전면판 (Front Panel) 은기존 8HP에서 4HP로축소하였다 (< 그림 4>). 이를위해서는 AC 구동스위치소자및방열판등부품의부피를축소하는것이요구된다. 부피를줄이 는방법은 AC 구동스위치소자의발열을줄여 LSU 에서부피를많이차지하는방열판을최소화하는것이중요하므로, 방열판을최소화하기위해상시허용전류를 LED 신호등에맞추어 1.5A로제한하였다. 3구신호등을수용하기위한출력회로는 R1, Y1, G1, R2, Y2, G2의 AC를구동하도록변경하였다. 이에따라신호등기를감시하는등기검출회로는 < 표 8> 와같이 R1, Y1, G1, R2, Y2, G2의출력상태를검지하여컨트롤러에전달되게된다. 또신호모순검출기능으로등기출력상태와신호귀환상태를 54 한국 ITS 학회논문지제 9 권, 제 5 호 (2010 년 10 월 )
128 mm 4 색등기구전면 8HP LSU PR PG R Y A G RF GG STAT 제작사명 1 2 3 4 5 6 7 9 10 8 번호표시 8 9 10 STAT RF GG 128 mm 3 색등기구전면 4HP LSU R1 Y1 G1 R2 Y2 G2 RF GG 1 2 3 4 5 6 7 9 10 STAT 8 제작사명 100 mm 기능 160 mm DIN 41612, Type F, (27+8)Pin, Male - 동작상태표시 ( 소등출력 : 꺼짐, 정상출력 : 켜짐, 모순발생 : 점멸 ) - RED Fail( 점등 : 모순검지, 소등 : 모순미검지, FLASH : 모순상태 ) -G-G 모순 ( 점등 : 모순검지, 소등 : 모순미검지, FLASH : 모순상태 ) < 그림 4> 3 구신호등용 LSU 보드전면판 <Fig. 4> Front panel layout of the developed LSU 하드웨어적으로비교하는회로를구성하여모순을검지하고, CONF 신호를통하여점멸기를구동한다. 적색등이상검지는 R1과 R2의적색등출력과 LAMP 검출값을물리적으로비교하여이상시컨트롤러로전송하고점멸기를구동한다. < 표 8> LSU 등기출력귀환신호비교 <Table 8> Comparison of the feedback signal assignment 구분 F0 F1 F2 F3 F4 F5 4구신호등용 PR PG R Y A G 3구신호등용 R1 Y1 G1 R2 Y2 G2 6) 3 구신호등용출력코드정의 3구신호등을제어하기위해서는소프트웨어적으로신호스텝별로 LSU의출력을지정하는코드값의설정이요구된다. 3구신호등을제어하기한신호운영맵코드값은 < 표 9> 과같이 LSU의출력구성에맞추어정의하였다. LSU의각출력코드는 NIBBLE 단위로비트조합하여사용할수있어저장용량을최소화할수있 < 표 9> 3 구신호등용신호운영맵코드값 <Table 9> Output command codes for tri-light SCU 코드값 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x08 0x10 0x20 0x30 0x40 0x50 0x80 등출력적색 R 고정 G1 고정 Y1 고정 Y1 점멸 R1 점멸 G1 점멸 R1 Y1 G1 소등 G2 고정 Y2 고정 Y2 점멸 R2 점멸 G2 점멸 R2, Y2, G2 소등 다. 보행신호등은차량신호등과같이적색과녹색출력단자를이용함으로차량신호와같은코드값을사용한다. 또신호등의다양한운영체계를지원할수있도록신호등별로점멸및소등할수있는코드값을사용한다. Ⅳ. 시험시스템구성및평가 1. 시험시스템구성 3구신호등제어용으로설계된규격의적정성을시험시스템을구축하여평가하였다. 기존 4구신호등의표준규격교통신호기의기능호환성을검사하는기능검사시스템을 3구신호등제어어형태에맞게수정하고, 3구신호등설계규격에맞추어교통신호제어기를제작하여시험하였다. 1) 제어기제작 앞에서설계된규격에맞추어 3구신호등용교통신호제어기의신호구동부의 LSU를 16장으로확장하고, 각보드의출력을 3색신호체계에맞게 R1, Y1, G1, R2, Y2, G2로구성하였으며, 점멸기와점멸확장보드를 1개씩구성하였다. 개선된 BUS체계에맞게주기판을제작하였으며, 주제어부의 CPU 와신호구동부의컨트롤러의소프트웨어를 3구신호등신호제어가가능하도록수정하였다. Vol.9 No.5(2010. 10) The Journal of Korean Institute of Intelligent Transport Systems 55
< 표 10> 3 구신호등교통신호제어기운영시험결과 <Table 10> The test results of the developed controller LSU 점멸기확장점멸기 < 그림 5> 3 구신호등제어용교통신호제어기시험제작 <Fig. 5> The trial traffic controller for testing the three signal head control functions 2) 운영시험환경 운영시험은교통신호제어기기능검사시스템을활용하여일부개선된통신프로토콜을반영하는방법으로구성하였다. 호스트 (Workstation급), MMI(PC 급 ), 지역제어컴퓨터 (Regional Computer) 통신장치 (FEP) 로구성되고, 지역제어컴퓨터 통신장치와시험제작된교통신호제어기와의연결은모뎀으로연결하였다. 기능검사용 PC는신호제어시스템의운영자단말기기능프로그램및기능검사용프로그램이장착되며, 내부네트워크 (LAN) 를통하여중앙호스트컴퓨터와연결되어신호제어시스템의운영상황을모니터링한다. 기존 4구신호등교통신호제어기기능검사시스템을 3구신호등교통신호제어기제어형태에맞게일 검사항목 세부검사내용 결과 - 모뎀 data link 상태정상통신규약 - Special Command 정상운전시험 - Data Up/Down Load 정상 - 일반사항 ( 교차로상황정보 ) 정상 - 관제대명령시험 ( 명령제어시험 ) 정상 - 관제대명령시험 ( 제어모드명령 ) 정상 원격운전 - 관제대명령시험 ( 수동제어기능검사 ) 정상 기능시험 - 관제대명령시험 ( 제어변수테이블 ) 정상 - 관제대명령시험 ( 점멸선택테이블 ) 정상 - 관제대명령시험 (3지/5지운영시험 ) 정상 - 관제대명령시험 ( 범용프로토콜 ) 정상 모드별제어기능시험 - 온라인실시간제어 (TRC 모드 ) 시험 정상 - 지역제어모드 (TOD 모드 ) 기능시험 정상 - 예약제어운용시험 ( 중앙 / 지역제어모드 ) 정상 - 주간계획및휴일계획운용시험 정상 부소프트웨어기능을변경하였다. 신호운영맵코드값을 3구신호등체계에맞게개선하고, 신호운영맵테이블도 3구신호등체계를수용하도록변경하였다. 2. 시험평가 시험제작된 3구신호등제어용교통신호제어기시험평가는신호제어기능을대상으로수행되었다. 통신규약운전시험에서는모뎀 data link 상태, 특수명령 (Special Command) 처리및 Data Up/Down Load 기능을시험하였다. 시험결과는 < 표 10> 과같이통신규약운전, 원격운전기능및제어모드별제어기능시험에서 3구신호등을정상적으로제어하는것으로평가되었다. Ⅴ. 결론및향후연구과제 1. 결론 < 그림 6> 시험평가시스템구성 <Fig. 6> Test configuration of tri-light signal controller 교통운영체계선진화사업에서는기존에운영되는 4구신호등을 3구신호등체계로변경하여, 방향별차종별로전용신호로운영하는등신호운영체계전반에대하여변화를모색하고있다. 이에따 56 한국 ITS 학회논문지제 9 권, 제 5 호 (2010 년 10 월 )
라본연구는기존 4구신호등체계로개발된교통신호제어기표준규격을 3구신호등운영체계에맞도록하드웨어및소프트웨어의설계방안을제시하였다. 3구신호등수용방안설계의요구사항으로 4지형교차로를기준으로방향별차종별신호등구동을위하여 96개의신호등구동출력이요구되는것으로분석되었다. 이를수용하기위한설계방안으로기존 3U 높이의 LSU의출력을 3구신호등제어형태 (R1, Y1, G1, R2, Y2, G2) 로재구성하고, LSU를 8장에서 16장으로확장하였다. 확장된 LSU를수용하기위해전면판의폭을줄였으며, 확장된 LSU를제어하기위해 BUS 신호선을추가로할당하였다. 출력용량증가에따른발열을감안한소모전력기준을설정하였으며, 최대 32개까지수요에따라증설가능한형태의점멸장치를도입하였다. 운영시험을위해 3구신호등제어를위한출력코드값을적용하여컨트롤러의소프트웨어가수정되었으며, 센터와의프로토콜이 3구신호등에맞게보완되었다. 운영시험결과통신규약운전, 원격운전기능및제어모드별제어기능시험에서 3구신호등을정상적으로제어하는것으로평가되었다. 2. 향후연구사항본연구는기존표준규격의교통신호제어기를방향별차종별 3구신호등제어가가능하도록물리적소프트웨어적인개선방안제시를연구범위로하고있다. 본연구와같은설계가현장에적용되기위해서는관련법규의개정과설치운영을위한관련매뉴얼개정에대한연구가추가적으로요구된다. 참고문헌 [1] 경찰청, 교통운영체계선진화연구 1부, pp.37~66, 2010. 3. [2] 경찰청, 교통신호제어기표준규격서, pp.6, 2004. 4. [3] 경찰청, 교통신호제어기표준규격서, pp.67, 2004. 4. [3] 경찰청, 교통신호제어기표준규격서, pp.106, 2004. 4. [5] 서울시, 중앙버스전용차로신호운영제어전략및교통안전시설물설치기준수립연구, 2006. 7. 저자소개 한원섭 (Han, Won-Sub) 1984년 3월 ~ 현재 : 도로교통공단교통과학연구원수석연구원 1987년 2월 : 연세대학교산업대학원전자공학석사 1980년 2월 : 숭실대학교전자공학과졸업 고광용 (Ko, Kwang-Yong) 1996년 7월 ~ 현재 : 도로교통공단교통과학연구원선임연구원 2007년 8월 : 아주대학교교통공학박사 1998년 2월 : 홍익대학교교통공학석사 1994년 2월 : 홍익대학교도시공학과졸업 Vol.9 No.5(2010. 10) The Journal of Korean Institute of Intelligent Transport Systems 57
허낙원 (Heo, Nak-Won) 2006년 4월 현재 : 도로교통공단교통과학연구원연구원 2002년 2월 : 아주대학교교통공학석사 2000년 2월 : 아주대학교교통공학과졸업 이철기 (Lee, Choul-Ki) 1991 년 : 아주대학교대학원 ( 석사 ) 1998 년 : 아주대학교대학원 ( 교통공학박사 ) 2000 년 : 미국 Texas A&M University TTI(Texas Transportation Institute) Visiting Scholar 과정 2004 년 : 서울지방경찰청교통개선기획실장및 COSMOS 추진기획단장현재 : 아주대학교교통연구센터부센터장현재 : 아주대학교 ITS 대학원교수 하동익 (Ha, Dong-Ik) 1981년 2월 : 홍익대학교공과대학도시공학과졸업 1983년 2월 : 홍익대학교대학원도시공학과공학석사 1992년 1월 : Polytechnic Institute of New York, U.S.A. 교통공학박사 2000년 8월~현재 : 인트라스대표이사 이병철 (Lee, Byung-Cheol) 2004년 4월 현재 : 도시교통개발원원장 1980년 2월 1984년 2월 : 연세대학교공과대학토목공학과졸업 ( 공학학사 ) 1984년 9월 1986년 8월 : 연세대학교대학원토목공학과졸업 ( 공학석사 ) 1995년 3월 1998년 2월 : 한양대학교도시공학과박사과정수료 58 한국 ITS 학회논문지제 9 권, 제 5 호 (2010 년 10 월 )