일반기술

차량충돌 방지용 지능형 도로 시스템

지구상에는 매2년마다 약 백만 명이 차량사고로 희생된다. 인명손실 외에 부수되는 재화의 낭비는 전세계 GDP의 1-3%로 집계된다. 이러한 차량 사고들을 예방하려는 지능형 교통 체계(ITS: Intelligent Transportation System)는 고성능 센서가 장착된 RCAS(Rear-end Collision Avoidance System, 차량 추돌 방지 장치)와 같이 주행 중인 자동차의 전방 차량의 접근 인식을 위한 기술들이며, 이것이 차량제어장치에 연결되지만 고가로 인하여 범용화에는 실패하고 있다. 현재까지 해외에서는 밀리미터파 레이더(radar) 방식 및 레이저 레이더(lidar) 방식의 RCAS기술이 개발되어 왔다. Radar 방식 RCAS는 악천후 같은 환경 변화에 lidar 방식 보다는 감지 거리가 조금더 길지만 한계가 있다. 또한 굽은 도로와 같은 사각지대와 반대차선 차량과의 충돌에는 대책이 없으며, 현재 방식의 ITS는 장비 장착 차량에 한정되는 단점이 있다. 따라서 상기의 차량 위주의 ITS 기술을 극복하기 위하여 도로 위주의 신개념 IRS(Intelligent Road System) 기술을 제공하는데 목적이 있다.본 광IRS기술의 전체적인 구조는 광원인 광양자테 (Photonic Quantum Ring) 레이저 칩 어레이와 수신 및 transceiver 시스템(R1-OEIC, Y-splice, fiber line, Tx-OEIC)을 도로의 양쪽 외각에 각각 설치한다. PQR 레이저에서 3차원으로 발진된 파장 λ1은 도로를 횡단하는 방향으로 진행하다가 지나가는 차량의 유무에 따라 R1-OEIC의 포토다이오드에 광신호를 생성(ON)/소멸(OFF)형식으로 단속 시킨다. 단속 신호는 차량의 위치에 따른 신호의 변조를 가능하게 한다. 포토다이오드로 검출된 광전류는 증폭된 후 다시 광신호로 파이버의 입력이 된다. R1-OEIC 대신 반도체 광증폭기[SOA]를 사용하면 광-광전류-광의 변환과정이 아닌 광-광의 무변환 신호 커플링 방식이 된다. R1-OEIC 부품을 포함한 수광부에서 F는 spatial filter(SF) wavelength filter(WF) polarization filter(PF) 등 기능과 필요에 따라 선택되며, 핀홀 개념의 SF는 대낮의 광 잡음과 여러 차량의 빛들을 걸러내고 PQR 레이저에서 발진한 빛만 R1-OEIC의 입력이 되도록 한다. 광섬유에 입력된 신호는 lossy fiber를 사용하여 light attenuation, 또는 편광입력과 편광유지광섬유(PPOF: polarization preserving optical fiber)를 이용한 polarization rotation, 또는 phase variation 방법등 가용한 광신호처리 과정을 거쳐서 거리를 감지하며, 적정 거리에 위치한 Tx-OEIC(=transmitter)를 통해 후속차량이나 선행차량에 거리정보를 λ2의 파장으로 송신하되, 도로상의 진행 차량에 주변차량과의 거리, 속도 등의 정보를 제공한다. 이 경우 2미터이내 정도의 단거리 송신이므로 λ2의 파장 광원의 세기는 약해도 무방하나 신호전달이 비교적 짧은 시간에 이루어지는 것을 가능하도록 설계한다. 광신호를 거리, 속도 정보로 전환하는 과정은 Tx-OEIC 또는 R2-OEIC 측에 배치할 수 있다. 차간의 간격이 추돌위험 거리까지 다가온 경우 이것을 보완하는 방법도 추가할 수 있다.PQR 레이저의 다파장 특성을 활용하여 동일 광원에서 λ3의 파장으로 발진한 빛이 차량의 좌측면에 부착된 R4-OEIC에 의해 빛의 세기를 2미터 이내 정도의 거리에서 감지함으로써 중앙선과의 거리를 일정하게 하는 것이 가능하다.