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본 논문에서는 자동요금 징수 시스템(ETCS : Electronic Toll Collection System)의 RSE와 OBU 간의 RF link설계와 도로의 폭과 진행 방향 길이에서 적절한 통신 영역을 얻기 위해 요구되는 안테나의 빔 패턴 특성을 분석하였다. 이 과정은 능동형 DSRC를 기반으로 하는 ITS 서비스의 시스템 요구 규격을 결정하기 앞서 수행되어져야 하며, ETCS 기지국 설계 및 구축에서 가장 기본적이고 중요한 기술적 분석을 위하여 고찰하였다.

This paper describes the design of RF link between RSE and OBU of ETCS and the analysis of the antenna beam pattern to get a proper communication area in the cross direction and traveling direction of lanes. This stage should be performed prior to determination of system requirements of ITS service based on active DSRC. This study is important and fundamental technical analysis to design and implement base station of ETCS.

본 논문에서는 ITS 서비스 구성 요소 중의 하나인 ETCS(Electronic Toll Collection tsystem)에서 RSE(Road Side Equipment) 기지국 gantry에 장착되어 이동체와 무선 통신 링크를 연결해 주는 ETCS 기지국유 안테나를 설계 및 제작하고 그 특성을 측정하였다. ETCS 기지국용 안테나 특성은 적은 부엽 특성과 도로 상황과 이동체 탑재되는 OBU 위치에 따라 특정 형태의 빔 패턴이 요구된다. 또한 반사에 의한 multipath 신호 영향을 최소화하기 위해 원형편파 특성이 요구된다. 저 부엽의 빔 패턴을 얻기 위해 배열 패치 구조와 Taylor distribution에 의한 방사요소의 전류 weighting factor를 적용하였다. 제작된 안테나의 동작 중심 주파수는 5.8GHz이고, 반사손실은 -10 dB를 기준으로 130 MHz, 10MHa사용 대역내에서 축비 2.6 dB이하의 RHCP 편파 특성과 17 dBi 이득을 얻었으며, 빔 패턴은 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 잘 일치하고 있음을 보여주었다.

This paper describes the design, fabrication, and measurement of a low side lobe antenna for RSE base station of the ETCS which is one of the ITS services. The antenna is installed on the gantry of road side and provides the wireless communication lint between vehicles and RSE. The required characteristics of ETCS base station antenna are low sidelobe and specific beam pattern by the road and install environment and installed place of OBU. To minimize the affects of multipath signal by reflection, Circular polarization is required. To get low sidelobe of antenna, array configuration and weighting factor by Taylor distribution in radiator elements are applied. The measured results of fabricated antenna are as follows; return loss of 130MHz by -10dB, an axial ratio of 2.6dB, and a gain of 17dBi. It is found that the measured beam patterns are similar to design results.

본 논문에서는 능동방식의 870 nm 적외선 및 5.8 GHz 주파수 통합방식으로 운영되는 고속도로 자동 요금징수 시스템의 능동주파수방식에 대한 국내 표준 개선방안을 제시한 것으로 2007년말 전국에서 운영되고 있다. 본 표준 개선방안은 5.8 GHz 대역의 ITS전용 단거리 무선통신 표준 중 개방형 시스템간 상호접속 참조모델을 기준하여 OSI 1, 2, 7 계층 중 차량단말기와 노변장치간 다중접속을 위한 상호호환성을 제공하는 물리계층을 중심으로 실제 운영중인 시스템 개선방안을 도출하였다. 즉, 기존 표준에서 복사전력의 경우 전송거리에 따라 Class1 (10 m이내)과 Class2 (100 m 이내)로 구분하였으나 Class1 단일규격으로 2004년 정보통신부고시에 의거하여 운영되고 있고, 통신영역내의 입사전력 한계치의 경우 실제 운영중인 자동 요금징수시스템의 운영방안을 고려하여 측정 결과치를 표준에 반영하도록 하였다. 즉, 자동 요금징수 시스템 운영상 필요한 부분에 대해 사업자 시스템간의 호환성 및 안정성을 확보하기 위해서 복사전력, 통신영역에서의 입사전력, 의사응답의 표준개선을 제안하였다.

In this paper, domestic standard revision plan of dynamic frequency method which is used both in unmanned automatic toll collection system and manned collection system of the express highway is presented. For such ETCS, the infrared rays (870 nm) of active frequency method and the frequency integrated method (5.8 GHz) are adopted and extended to be operated to the all around the Toll Gate. This standardization plan is based on inter connection reference model between OSI (Open System Interconnection) in process of ITS short range radio communication standardization of 5.8 GHz bandwidth to support traffic information and control system service, and the derived revision plan by starting from physical layer which support interoperability for multiple access between RSE (Road Side Equipment) and OBE (On Board Equipment), in which is categorized into physical layer, data link layer, and application layer. In case of radiation power, existing standard is divided by class1 (within 10 m) and Class2 (within 100 m) according to transmission lengthwhile it is operated with just single standard 'Class1' because of notification of Ministry of Information and Communication in 2004. In the case of the limitation value of incident power in communication area, considering operation plan of ETCS that is on actuality operation the measurements are reflected to the standard. In other wort this paper proposed the improvement standard of incident power, pseudo response in the communication area and radiated power in order to secure stability and compatibility among operator systems about the needed part on ETCS operation.

본 연구는 국내 유료도로에 적용될 ETCS의 방식을 결정하기 위해 ETCS 현장성능평가에 참여한 6개 업체의 현장성능 평가 과정을 소개하고 이에 대한 평가결과를 분석한 것이다 현장성능평가에 참여한 업체의 주요 통신방식은 능동형 RF(전파)방식과 IR(광파)방식의 ETC 시스템이다. 본 연구에서는 업체별 통신방식과 시스템을 비교분석하고 시스템 구성과 기본성능을 확인한 후, 최종적으로 현장성능시험의 시험항목별 시험내용과 평가결과를 분석하였다. 현장성능평가 분석결과, 현장성능시험에 참여한 6개 업체 가운데 IR방식 1개 업체와 RF방식 2개 업체는 평가기준을 만족하고 나머지 3개 업체는 평가기준을 통과하지 못했지만, 전반적으로 볼 때, 그동안의 많은 시험과 개발과정을 거쳐 안정화가 되어 가고 있는 것으로 여겨진다. 본 현장시험에 사용한 성능평가방법은 현재 고속도로를 이용하는 또는, 하이패스에 이용되는 패턴을 충분히 고려하였지만, 발생될 수 있는 여러 경우에 대해 한국도로공사 자체기준으로 시험방법과 시험횟수를 정하였기 때문에 이에 대한논란의 여지는 있을 수 있다 따라서, 실제 고속도로상에서 발생될 수 있는 운전자의 행태나 도로 운영 방법 등 차량운행실태 등을 고려한 현장성능 시험 표준방법론의 개발이 필요한 것으로 판단된다.

This study introduces the process of the field test of ETCS that has been performed by six enterprises for selecting the type of ETCS that will be applied to the internal tall roads. The main communication modes of six enterprises are active RF(radio wave)type and IR(optical wave)type. In this study, communication modes and systems, which are being used by each enterprises, have been compared and analyzed. Besides this, the configuration and the basic performances of the system have been checked. After those, the contents of the field performance test classified by the items of the test and the results of the test, finally, have been analyzed. Through analyzing the test, it is found that an enterprise using IR type and two enterprises using RF type satisfied the standards of the test and the others failed to meet the standards. However, the enterprises seem to be becoming stable by a large number of tests and the effort for improving from general point of view. Although the methods of performance evaluation in this field test considered enough patterns that are used in the present highway or Hi-Pass, there might possibly be some problems in the results because Korea Highway Corporation had decided the method and the number of times of the test according to their own standards about the various situations that can happen. Therefore, it will be needed to develop the method of standards for testing the performance which can be correspond with driver's behavior that can actually happen on the highway or the methods of transportation management.

현재 DSRC(Dedicated Short Range Communication)를 이용한 자동요금징수시스템(이하 ETCS, Electronic Toll Collection System)이 전국 영업소에 구축 되면서 많은 하이패스 단말기(이하 OBU, On-Board Unit)가 보급되었다. 이러한 ETCS 인프라와 전국호환카드를 활용한 ITS 서비스 분야가 연구개발 및 사업화 추진 중에 있다. ETCS에 전국호환카드 적용방안 연구가 많이 이루어지고 있지만 전국호환카드 적용방안 및 교통편의시설 결제에 대한 표준이 명확하게 이루어지지 않고 있다. 이에 국토교통부에서 고시한 「전국호환카드」를 기존 DSRC기반 ETCS에 적용방안을 제안하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 적용방안을 시범운영 사이트에서 시험차량 3대를 이용해 다양한 주행시험을 통해 시스템의 성능을 확인 하였다. 주행시험 결과 약 99%의 통신 성공률을 보였고 이를 통해 본 논문에서 제안한 표준 적용방안의 유효성을 확인하였으며, 약 1%의 실패를 통해 교통편의시설 전자결제 서비스 부분의 적용하여 발생할 수 있는 문제점을 분석하였다.

Currently, many OBUs(On Board Unit)s were installed on the vehicle because ETCS(Electronic Toll Collection System) using DSRC(Dedicated Short Range Communication) was constructed in the tollgate of the whole country.A research development and the commercialization utilizing the One Card All Pass and those Infrastructures of ETCS, are promoting of ITS services. Although many studies of the application method about the One Card All Pass of ETCS have been made, standards about the application method of the One Card All Pass and payment for the provision of traffic convenience, were not made clear. So we are proposed method that One Card All Pass announced by Ministry of Land, Infrastructure and Transport, takes advantage of the existing DSRC-based to apply ETCS. We have confirmed the performance of the system through a variety of driving test using three test vehicles on trial operation site and ETCS applying application method proposed in this study. As a result of driving test, we have confirmed validity of standard application method proposed in this study through the communication success rate of about 99% and analyzed problem that may occur by applying service parts of ETCS of transportation convenience facilities because of about 1% communication failure rate.

현재 DSRC(Dedicated Short Range Communication)를 이용한 통행료자동요금징수시스템이 전국 영업소에 구축 되면서 많은 차량용 단말기가 보급되었다. 이러한 통행료자동요금징수시스템 및 차량용 단말기의 인프라를 이용한 교통정보 수집 및 제공, 신호제어, 대중교통정보제공 및 관리 등 다양한 분야의 ITS 서비스를 위한 연구개발 및 사업화가 추진 중에있다. 특히 차량용 단말기와 통행료자동지불시스템에 사용되는 노변장치를 이용한 교통정보 수집 및 제공 부분에 많은 연구가 이루어지고 있지만 DSRC의 응용 부분 표준과 교통정보 수집 및 제공을 위한 정보교환 표준이 명확하게 이루어 지지 않았다. 이에 국토해양부에서 고시한 ｢기본교통정보교환 기술기준IV｣를 DSRC 통신에서 교환되는 Action 프리미티브를 활용해 DSRC관련 표준의 수정 없이 표준화된 교통정보를 수집 및 제공하는 방안을 제안하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 표준적용방안을 현재 ETCS(Electronic Toll Collection System)에서 사용되는 RSE(Road Side Equipment)와 OBE에 적용하여, 실제 도로에서 4대의 차량을 이용한 다양한 주행시험을 통해 시스템의 유효성 및 성능을 확인 하였다. 도로 주행시험 결과 약 97%의 통신 성공률을 통해 본 논문에서 제안한 표준 적용 방안의 유효성을 확인하였고, 약3%의 실패를 통해 교통정보와 그 외 서비스 부분의 적용을 위해 발생할 수 있는 문제점을 분석하였다.

Recently, a number of OBU(On Board Unit) have being spreaded since ETCS (Electronic Toll Collection System)using DSRC(Dedicated Short Range Communication) was installed in the tollgate of the whole country. Many R&D and commercialization related to ITS service using DSRC and OBU mentioned above are ongoing such as traffic information collection and provision and a signal control, and public traffic information and management and so on. Especially, there are many researches conducted(conducting) on traffic information collection and provision using communication between OBU and RSE. However, Standards for both DSRC application and traffic collection and provision are not established clearly yet. So we would like to suggest a method of traffic information collection and provision without changing of standard related to DSRC. This method is to put the traffic messages into the existing Action primitive for ETC, which is described on ｢Technical criterion Ⅳ of basic traffic information exchange｣ which was notified by Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. Proposed standard application method is applied both to RSE and OBE. It is the same system which ETCS used in highway, currently. We confirmed the efficiency and performance of the system through conducting a variety of driving test using 4 vehicles in real road condition. Result of the real road test shows the effectiveness and validity of this method with about 97% communication success rate and based on studying the cases of 3% communication failure, we can analyse the expected problems in traffic information collection and provision using this method.

ITS 기반기술 분야인 통신기술이 DSRC, CDMA, 무선랜(Wireless LAN) 등으로 다양화됨에 따라 ITS 서비스의 종류 및 기능도 점차 확대될 것으로 예상되고 있다. 이에 다양한 ITS 서비스를 제공받기 위해 ITS 서비스 제공에 사용되고 있는 여러 통신기술이 하나의 통합단말기에서 운영될 수 있도록 지원할 수 있는 표준플랫폼에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있고 최근 표준플랫폼 OBU(On Board Unit)이 최근 제작과 시현도 하였다. 하지만 개발된 표준플랫폼 OBU(On Board Unit)의 표준적합성에 대한 확인이 반드시 필요하며 이에 실제 ITS 시스템에서 효율적으로 동작되는 것을 보증하고 표준기술의 활용성을 높이기 위해서는 표준기술을 구현하여 충분한 기능 및 운영테스트를 거칠 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 개발된 표준플랫폼 OBU(On Board Unit)의 표준적용을 위해 시험도로를 구성하고 테스트하였다.

As communication technology, an enabling technology for ITS, becomes diversified with DSRC, CDMA, Wireless LAN, it is expected that type and function of ITS services will become gradually expanded. As a result, research and development of a standard platform that can provide support so that numerous communication technologies that are being used in various ITS services to receive various ITS services can be operated in one integrated terminal are being carried out. On Board Unit (OBU) for a recent standard platform was also built and tested recently. However, verification for standard suitability of the standard platform OBU that was developed must be carried out. Standard technology must be realized and sufficient functional and operational testing must be carried out in order to guarantee efficient operation in an actual ITS system and increase utilization of standard technology. Therefore, In this paper we had constructed test road and we had tested a standard platform OBU for a standard application.

본 논문은 고속도로 톨게이트에서 통행 요금징수로 인해 교통지체가 발생할 때 이를 최소화하기 위해 자동요금징수시스템을 설치하는 경우 차량들의 통과시간이 어떻게 변화하는지 분석한 연구결과를 제시하고 있다. 본 연구에서는 이 설치효과를 톨게이트를 빠져나가는 차량들의 통과시간 감소 편익이라고 생각했으며, 차량의 통과시간을 분석하기 위해 다중서비스 대기행렬이론을 적용해서 분석하였다. 본 연구에서 분석한 결과, 톨게이트로 진입하는 차량들의 입차 간격이 Poisson 분포를 따르고, 자동요금징수시스템의 서비스 시간이 지수 분포를 따를 때 다중서비스 대기행렬이론을 적용하여 차량들의 통과시간을 분석하는 것이 바람직하다는 것과, 자동요금징수시스템을 설치하더라도 통행 요금을 징수하는데 걸리는 시간이 다르기 때문에 톨게이트 출구 쪽이 입구 쪽보다 통과시간 감소효과가 더 크게 나타난다는 것, 그리고 자동요금징수시스템을 설치한다고 해서 항상 톨게이트를 통과하는 시간이 감소하는 것은 아니며, 자동요금징수시스템 차로에 너무 많은 차량들이 몰리는 경우 오히려 톨게이트 전체로 볼 때는 차량당 통과시간이 증가한다는 것을 밝혔다. 끝으로 본 연구에서는 다중서비스 대기행렬이론의 정확성을 판단하기 위해 실제로 톨게이트 현장조사에서 통과 차량들의 평균 통과시간을 조사해서 모형 값과 비교했는데, 그 결과 모형 값과 실측 값은 약 1~3초 정도의 미소한 차이만을 보여서 다중서비스 대기행렬이론을 실무에 적용해도 좋다는 결론을 얻었다.

This paper presents the investigation results of a research on how engineers can analyze the economic effect of the ETCS(Electronic Toll Collection System) installed to minimize the vehicle delays on freeway tollgates during toll payments. This research considered this economic effect to occur in the form of vehicle passing time reductions at the ETCS, and the multi-service queuing theory was applied to estimate these values. This research found: 1) When vehicles approaching tollgates show Poisson distribution and the service time of the ETCS shows Exponential distribution, the multi-service queuing theory would be applicable for estimating vehicle passing times at toll-gates, 2) Despite the ETCS placement, exit sections of tollgates give a greater reduction of vehicle passing times than entering sections due to more delays at conventional toll payments, and 3)The ETCS would not guarantee vehicle passing time reductions all the time, because in such a case as many vehicles were queuing at the ETCS, the total delay level for a toll gate would increase greatly. In addition, in order to examine the accuracy of the estimated vehicle passing values, this research compared the values from the multi-service queuing theory with the observed values from a set of field survey values at freeway toll-gates, and found that the two values were in a good agreement with a very low error range of 1-3 seconds per vehicle. Based on this result, the multi-service queuing theory was recommended for practice.

일반적으로 고속도로 영업소에서는 요금정산을 위해 차량이 감속, 정지, 가속행위를 행해야 하므로, 차량의 멈춤 없이 요금을 징수하는 자동요금징수체계(ETCS)의 일종인 하이패스차로 이용시보다 추가적인 연료소모가 발생하게 된다. 본 연구는 이를 증명하기 위해 현장 실험구간을 선정하고 연료소모량을 측정할 수 있는 실험용 차량을 제작하여 고속도로 영업소 이용방식에 따른 연료소모량을 비교하였다. 실험 결과, 일반차로를 이용하는 차량이 하이패스차로를 이용하는 차량보다 36.7%이상의 추가적인 연료소모가 발생하는 것으로 나타났다. 이에 근거하여 고속도로 상에서 2009년 1월부터 5월까지 실험차량과 동일한 차량들의 하이패스차로 이용에 의한 연료절감 효과를 추정해 본 결과 약 53.4억원의 연료소모비 절감효과가 나타났다. 실제 차량을 이용한 이러한 실험 방법과 분석결과는 하이패스 시스템의 효율성을 증명하는데 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

Around a toll plaza, vehicles do such maneuvers as slow down, stop, and speed up to pay their tolls when they use ordinary toll gates. They can be expected more fuel consumptions compared to the vehicles which use the Hi-pass, a Korean type of Electronic Toll Collection System(ETCS). To measure the exact amount of difference between the two gas consumptions, we equipped a test vehicle with a measurement system and constructed a model toll gate on our test field. Through the field tests on fuel consumptions, we could confirm a 36.7 % of energy saving when the test car used the Hi-pass. Then we projected the result on the total traffic volumes which had used national expressway network for five months from January 2009. Projected to the whole traffic, potential cost savings reached 5.34 billion won. We expect this result be frequently mentioned of to prove the fuel efficiency of the Hi-pass system.

서부산요금소에는 이용자가 80kph의 속도로 통과가 가능한 2차로 ETCS (2차로 하이패스차로)가 설치되어 운영 중에 있다. 이 시스템은 하이패스 차로의 분리섬을 제거하여 2차로로 운영되는 정산 차로로써 성공적으로 운영되고 있다. 그러나 이 차로의 등장은 요금소의 차로 유형이 더 복잡해짐을 의미하며, 따라서 다양한 차로들을 어떻게 효과적으로 배치하는가는 매우 중요한 문제가 될 것이다. 본 연구에서는 서울요금소에 2차로 ETCS 차로의 추가 배치를 가정하여, 광장부내 합리적 동선 처리를 위한 시나리오 분석을 시행하고자 한다. 이를 위해 서울요금소에서 배치가능한 동선 처리 시나리오를 선정하고, VISSIM 프로그램을 활용하여 통행속도 지표를 이용하여 운영상태를 평가하였다. 분석 결과, 각 시나리오별 주행속도 및 차로 유형간 속도 편차는 매우 상이하게 나타났으며, 2차로 ETCS 차로의 배치가 전체 요금소의 소통에 큰 영향을 줄 수 있음을 증명하였다.

There is a two lane ECTS(Electronic Toll Collection System) that users can pass with 80kph high speed in SeoBusan Tall Gate. This system to be combined two hi-pass lanes for removing meddle-island have been operated successfully. But, the appearance of two Lane ETCS makes toll gate more complicated, so it is very important how to arrange effectively various tolling lanes. This study was trying to evaluate lane configuration for minimizing speed and speed deviation among all kinds of lanes including two Lane ETCS in seoul toll gate. That is, we selected all scenarios to be happened actually, and evaluated them using micro traffic simulation model (VISSIM). The results of this study showed that each alternative had a very different speed and speed deviation by lane each other, so we will be able to achieve effective operation and configuration of lanes in toll gate using scenario methodology.