KR200311414Y1 - 지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치 - Google Patents

지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치 Download PDF

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KR200311414Y1
KR200311414Y1 KR20-2002-0037829U KR20020037829U KR200311414Y1 KR 200311414 Y1 KR200311414 Y1 KR 200311414Y1 KR 20020037829 U KR20020037829 U KR 20020037829U KR 200311414 Y1 KR200311414 Y1 KR 200311414Y1
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Abstract

본 고안은 역(驛) 밖에서 철도와 도로가 평면으로 교차하는 지점에서 주행중인 기차와 교차하는 행인과 자동차의 안전을 위하여 건널목에 기관차의 주행이 진행중이거나 가까워져 왔음을 GPS 장치를 이용하여 계산하고 이를 알리기 위한 전기적신호의 발생에 관한 방법으로써, 특히 건널목 근처에 기관차가 접근할 경우 싱기 기술한 신호를 건널목에 전기적 신호로 전달하며 전달된 신호는 스피커, 안내판 등을 이용한 시각 및 청각신호와 바리케이트(barricade)의 제어용 신호로 사용하기 위한 GPS 장치를 이용한 건널목 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
또한 본 고안은, 달리는 기관차에 장착된 송신부와 건널목에 장착된 수신부로 구별되는데
기관차에 장착된 송신부는,
달리는 기관차에 장착하여 기관차의 위치좌표를 검출하기 위한 GPS 수신기와; 달리는 기관차의 속력을 감지하기 위한 가속도 센서와; 상기 기술한 가속도센서의 신호를 디지털신호로 변환하여 전달하기 위한 AD컨버터;와 상기 기술한 GPS 수신기로부터 수신된 GPS 정보를 주행중인 기관차의 위치좌표로 변환하고, 기관차의 위치좌표에 인접한 건널목의 위치좌표를 추적하고, 상기 기술한 AD 컨버터로부터 전달된 기관차의 속도와 상기 기술한 인접한 건널목의 위치좌표를 계산하여 건널목에 접근하는 시간을 계산하고, 기관차의 위치좌표와 건널목의 위치좌표가 일정거리 이내 이거나, 접근 시간이 일정시간 이내일 때 기차가 건널목에 접근했음을알리기 위한 전기적 신호로 변환하는 중앙처리장치와; 상기 기술한 중앙처리장치에서 변환된 전기적 신호를 건널목에 설치된 수신기로 전송하기 위한 기관차에 장착한 송신기로 구분되며
건널목에 장착한 수신부는,
상기 기술한 기관차에 장착한 송신기에서 전송받은 전기적 신호를 건널목에 장착한 중앙처리 장치로 전송하기 위한 건널목에 장착한 수신기와; 상기 기술한 건널목에 장착한 수신기에서 전송받은 전기적 신호를 전기적 신호를 청각 신호 및 바리케이트 제어용 신호로 변환시키기 위한 중앙처리 장치와; 상기 기술한 건널목에 장착한 중앙처리장치에서 변환된 청각신호 및 바리케이트 제어용 신호를 출력하는 출력수단을 포함하는 GPS 장치를 이용한 건널목 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치 { A Crossing equipment is Controlled by GPS }
GPS(Global Positioning system:범지구 측위 시스템)는 지구 주위를 선회하는 27개의 GPS위성이 송신하는 전파신호를 동시에 수신, 인공위성을 기준으로 수신점의 위치를 구하는 방법으로써,GPS수신기로 4개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 의하여 현 위치를 계산할수 있다. GPS는 현재 단순한 위치정보 제공에서부터 항공기·선박·자동차의 자동항법 및 교통관제, 유조선의 충돌방지, 대형 토목공사의 정밀 측량, 지도제작 등 광범위한 분야에 응용되고 있으며 특히, 차량항법 시스템은 현 운행중인 차량의 현재위치, 진행방향, 목적지까지의 최적경로 및 각종 편의 정보를 제공해 편안한 운전환경을 제공하는 첨단 시스템이다. GPS수신기는 개인 휴대용에서부터 위성 탑재용까지 다양하게 개발되어 있으며 특히 차량의 네비게이션 시스템으로써 사용되는 GPS는 GPS를 차량에 장착하여 운전자가 낯설고 먼 곳을 운행 할 때 차량의 현 위치를 파악하고 데이터베이스에 저장되어 있는 지리 정보와 연동하여 운전자가 목적한 위치와 차량의 현위치를 비교파악 할 수 있다. 또한 차량에 사고가 났을 경우에도 사고 차량의 현위치를 신속히 파악할 수 있을 뿐만 아니라 구조대로 연결하여 구조요청에 도움을 줄 수 있다. 뿐만 아니라 GPS와 차량과 연결하여 고속으로 달리는 차량에서 도로변의 시설물의 촬영하여 촬영된 피사체의 GPS 좌표를 취득하여 지자체의 시설물 관리업무등에 사용되며 카네비게이션의 디지털맵을 작성하는 도구로써 GPS를 장착한 밴(Van) 차량을 이용하기 도 한다
본 고안이 설치되고 사용되어지는 대상인 건널목에 대하여 알아보면 역(驛) 밖에서 철도와 도로가 평면으로 교차하는 지점을 건널목(Crossing)라고 하는데 건널목은 열차와 공로차량 (公路車輛) 또는 통행인과 맞부딪치는 지점으로, 철도사고의 대부분을 차지하는 취약지구로서 차단기 또는 경보기 등의 상당한 보안설비가 갖추어있다. 이러한 제반 설비를 설치하는 기준은 건널목 설치 및 설비 기준규정(1969. 4. 23. 철도청 훈령 2578호)에 의하며, 철도열차횟수와 도로교통량을 감안하여 1종에서 4종으로 구분하여 설치된다. 제1종 건널목은 차단기를 설치하고, 24시간 주야로 간수(看守)를 배치하여 감시하는 건널목이고 제2종 건널목은 차단기를 설치하고, 교통량이 특히 많은 일정한 시간에만 간수를 배치하여 감시하는 건널목이며 3종 건널목은 경보기만을 설치하는 건널목이며 제4종 건널목은 경표(警標)만을 세워 두는 건널목이다. 현재 전국적으로 철도를 횡단하는 도로망이 확대되고 있기 때문에 이러한 건널목은 매년 증가추세에 있다.
도로교통법 제21조는 철길건널목 통과를 다루고 있으며 그 내용은 첫째로, 모든 차는 철길건널목(이하 "건널목"이라 한다)을 통과 하고자 하는 때에는 그 건널목앞에서 일시 정지하여 안전함을 확인한 후에 통과하여야 한다. 다만, 신호기등이 표시하는 신호에 따르는 때에는 정지하지 아니하고 통과할 수 있다. <개정 95.1.5> 둘째로, 모든 차가 건널목을 통과하고자 하는 때에 그 건널목의 차단기가 내려져 있거나 내려지려고 하는 때 또는 건널목의 경보기가 울리고 있는 동안에는 그 건널목으로 들어가서는 아니된다. 셋째로, 모든 차의 운전자는 건널목을 통과하다가 고장등의 사유로 인하여 건널목안에서 차를 운행할 수 없게 된 때에는 즉시 승객을 대피시키고, 비상신호기등을 사용하거나 그밖의 방법으로 이를 철도공무원 또는 경찰공무원에게 알려야 한다. <신설 95.1.5>라고 규정하고 있다.
일반적으로 열차, 전동차등 궤도차는 일반자동차와는 다르게 궤도를 이용 고속으로 궤도상을 주행하기 때문에 급제동 조치를 취하더라도 곧바로 정지할 수 없으므로 정지거리 내 장애물을 어쩔수 없이 충돌하게 될 것이다. 이와 같이 열차가 어쩔수 없이 장애물을 충돌하면 피해결과가 매우 크게 나타나는데 일반 자동차가 안이하게 건널목을 통과하다가 열차와 충돌하게 되면 대형사고의 발생 가능성이 높게 나타나게될 것이므로 이와 같은 대형참사의 예방을 위하여 모든 차는 철길 건널목을 통과하고자 할 때는 특별한 주의의무를 부과 시키고 있고 이를 위반 사고야기시 반의사불벌죄의 예외로 규정. 엄하게 처벌하고 있는 것이다.
본 고안의 목적은 상기 기술한 철도 건널목 안전사고를 예방하는 건널목 보안설비에 관한 것으로써, 지피에스 신호를 이용하여 기관차의 위치좌표를 파악하고 기관차의 위치에 근접하기 기관차의 진행방향에 있는 철도 건널목에 기관차의 위치를 알려주고 철도 건널목에 설치된 차단기 및 경보기 등의 보안설비의 작동을 명령함으로써 기차 건널목 안전사고를 예방하고자 하는 지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치 및 그 방법 에 관한 것이다.
도1 본 고안의 실시예에 따른 지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치의 사용상태도이다.
도2 본 고안의 실시예에 따른 지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
** 도면에 대한 부호의 설명**
10 : 기관차
20 : 건널목
100 ; 기관차에 장착된 송신부
101-1, 101-2, 101-3, 101-4 : GPS 인공위성
102 : GPS 수신기
103 : 가속도 센서
104 : AC 컨버터
110 : 기관차에 장착한 중앙처리장치
101 : 건널목 위치좌표 데이터 베이스
120 : 기관차에 장착한 송신기
121 : 오실레이터
122 : 모듈레이터
123 : RF 송신기
200 : 건널목에 장착된 수신부
210 : 건널목에 장착한 중앙처리장치
220 : 건널목에 장착한 수신기
221 : 오실레이터
222 : 디모듈레이터
223 : RF 수신기
230 : 출력수단
231 : 청각용 출력수단
232 : 시각용 출력수단
233 : 차단기 제어용 출력수단
본 고안의 구성을 살펴보면 달리는 기관차에 장착된 송신부와 건널목에 장착된 수신부로 구별되는데
기관차에 장착된 송신부(100)는,
달리는 기관차에 장착하여 기관차의 위치좌표를 검출하기 위한 GPS 수신기(102)와; 달리는 기관차의 속력을 감지하기 위한 가속도 센서(103)와; 상기 기술한 가속도센서의 신호를 디지털신호로 변환하여 전달하기 위한 AD컨버터(104)와; 상기 기술한 GPS 수신기로부터 수신된 GPS 정보를 주행중인 기관차의 위치좌표로 변환하고, 기관차의 위치좌표에 인접한 건널목의 위치좌표를 추적하고, 상기기술한 AD 컨버터로부터 전달된 기관차의 속도와 상기 기술한 인접한 건널목의 위치좌표를 계산하여 건널목에 접근하는 시간을 계산하고, 기관차의 위치좌표와 건널목의 위치좌표가 일정거리 이내 이거나, 접근 시간이 일정시간 이내일 때 기차가 건널목에 접근했음을 알리기 위한 전기적 신호로 변환하는 중앙처리장치(110)와; 상기 기술한 중앙처리장치에서 변환된 전기적 신호를 건널목에 설치된 수신기로 전송하기 위한 기관차에 장착한 송신기(120)로 구성되며
건널목에 장착한 수신부(200)는,
상기 기술한 기관차에 장착한 송신기에서 전송받은 전기적 신호를 건널목에 장착한 중앙처리 장치로 전송하기 위한 건널목에 장착한 수신기(220)와; 상기 기술한 건널목에 장착한 수신기에서 전송받은 전기적 신호를 전기적 신호를 청각 신호 및 차단기 제어용 신호로 변환시키기 위한 중앙처리 장치(210)와; 상기 기술한 건널목에 장착한 중앙처리장치에서 변환된 시.청각신호 및 차단기 제어용 신호를 출력하는 출력수단으로 구성된다.
기관차에 장착한 송신기(120)는 중앙처리장치에서 변환된 전기적 신호를 송신체널수단(124)으로 전달하기 위한 송신데이터 전송수단(125)과: 상기 기술된 송신테이타 전송수단에서 전송된 전기적 신호를 소정 채널을 통해 건널목의 수신체널수단(222)으로 전송하기 위한 송신체널수단으로 구성되는데 여기에는 반송파 신호를 생성하기 위한 오실레이터(121)와 상기 기술한 송신 테이터 신호와 반송파 신호를 변조하는 모듈레이터(122)와 송신체널수단을 통하여 송신하는데 필요한 고주파 증폭을 하는 알 에프송신기(123)를 포함하여;
건널목에 장착한 수신기(220)는 상기 송신기에서 날아온 전기적 신호를 수신하는 수신체널수단(222)과; 상기 수신체널수단에서 수신된 전기적 신호를 중앙처리장치로 전송하기 위한 수신데이터전송수단(221);으로 구성되는데 여기에는 수신체널수단을 통하여 미약한 고주파 신호를 증폭하기 위한 RF수신기(223)와 수신데이터 신호와 반송파 신호를 분리하는 디모듈레이터(222)와 디모듈레이터에서 사용할 RF신호를 만드는 오실레이터(221)를 포함한다.
상기 기술한 본 고안의 구성에 따른 본 고안의 작동을 설명하면,
상기 기술된 달리는 기관차에 장착하여 기관차의 위치좌표를 검출하기 위한 GPS 수신기(102)는
이동체에 탑재되어서 사용되고 이동체의 이동거리 및 이동체의 추정방위에 의거해서 이동체의 위치좌표를 검출하기 위하여 지구의 주위의 소정궤도를 주회하는 다수의 인공위성으로부터의 전파를 수신한 후에 이동체의 현 위치좌표를 계산하게 된다. 또한 이 좌표를 기관차에 장착한 중앙처리장치에 전송하게 된다. GPS 수신기의 역할을 좀 더 자세히 살펴보면 일반적으로 GPS 위성신호로부터 위성과 수신기간 거리를 산출하기 위한 측정값은 의사거리 측정값(Pseudo - ranges: P-Code)과 반송파 위상 측정값(Carrier phase ;C/A - Code)이 있으며 GPS 수신기는 GPS 수신기가 설치된 지점에서 관측 가능한 모든 위성을 결정함과 동시에 그 위성에 대한 신호 추적을 시작한다. 관측 가능한 위성의 결정은 수신기 메모리에 저장된 시계(almanac)를 이용하며 수신기 내부에 일반적으로 두 개의 tracking loop가 있어 C/A - Code 와 P - Code를 추적하게 된다. 일반적으로 C/A 코드를 이용하면 약100m 정도의 정확도를 가지는데 현재 SA (Selective Available)가 해제되어 20~ 40 m 정도의 정확도를 가지고 있다. 본 고안에서도 센서의 가격, 성능 등을 고려하여 비교적 가격이 저렴한 C/A 코드 추적용 GPS 수신기를 사용한다. 그러나 추후 기술의 진보에 따라 P-code의 추가 및 반송파의 사용등으로 더욱 정확도가 높은 센서 및 응용기술이 예상되므로 GPS 수신기의 종류는 한정하지 않는다.
기관차에 장착한 중앙처리장치(110)는
상기 기술된 GPS 수신기에서 계산한 주행중인 이동체의 위치 좌표와 데이터 베이스(101)에 저장중인 건널목의 위치좌표를 대조하게 된다. 이를 위하여 상기 중앙처리장치는 건널목의 위치좌표가 저장된 데이터베이스를 포함하거나 데이터베이스 저장체에서 철도건널목의 위치좌표를 받을 수 있다. 상기 중앙처리장치는 이동체의 위치좌표가 데이터베이스에 저장중인 건널목의 위치좌표의 차를 최소자승법(관측값으로부터 최확값을 얻기 위해 잔차의 제곱합이 최소가 되게 하는 기법)으로 계산하게 되고 이에 대한 값이 특정거리 이내에 들어올 경우 이를 전기적 신호를 방출하게 된다.
달리는 기관차의 속력을 감지하기 위한 가속도 센서(103)는 진동질량 m이 센서 패키징안의 스프링에 의해 매달려 있는 구조로 모델링할 수 있는데, 이 센서가 가속도 a에 의해 움직이게 되면, 관성력에 의해 진동 mass의 상대적 변위 x가 생기게 되고, 이것을 전기적 신호로 변환하여 가속도 값을 계산하게 된다. 상기 기술한 가속도센서의 신호를 디지털신호로 변환하여 전달하기 위한 AD컨버터(104)를 거처서 기관차에 장착한 중앙처리장치에 전달되고 상기 중앙처리장치(110)는 가속도센서로부터 전달된 전기적 신호를 기관차의 속력으로 계산하게 된다. 또한 계산한 기관차의 속력과 상기 기술한 기관차와 건널목간의 거리의 값을 계산하고 이를 시간값으로 계산한 후 전기적 신호를 방출하게 된다.
방출된 신호는 송신테이터 전송수단(125)을 거쳐 송신체널수단(124)으로 전송된다. 송신체널수단(124)은 무지향성, 혹은 지향성 안테나로써 상기 기술한 중앙처리장치에서 방출된 신호를 건널목에 설치된 수신체널수단으로 보내기 위해 테이터 신호와 반송파 신호를 변조하는 모듈레이터(222)와 반송파 신호를 생성하기 위한 오실레이터(221), 그리고 고주파 증폭을 우한 알에프 송신기(223)를 포함하고 있다. 상기 기술한 송신체널수단에서 전송된 신호는 건널목에 설치된 수신체널수단(124)에 전송된다. 수신체널수단(124)은 테이터 신호와 반송파 신호를 변조하는 디모듈레이터(222)와 반송파 신호를 생성하기 위한 오실레이터(221), 그리고 고주파 증폭을 위한 알에프 수신기(223)를 포함하고 있다. 수신체널수단에서 방출된 전기적 신호는 수신테이터 전송수단(225)을 거쳐 건널목에 장착된 중앙처리장치(210)에 전송된다.
건널목에 장착된 중앙처리장치(210)는 수신테이터 전송수단에 의해 전송된 신호를 건널목의 안전장치에 사용되는 시각용 경보장치의 제어명령어, 청각용 경보장치의 제어명령어, 차단기의 제어명령어로 바꾸어 청각경고방송(231), 시각경고방송(232), 건널목 차단기(233)를 제어하게 된다..
본 고안은 달리는 기관차의 위치를 건널목의 수신장치에 알려줌으로써 주행중인 기차와 교차하는 행인과 자동차의 안전을 도모할 수 있다. 현재 상기 기술한 목적을 달성하기 위한 건널목안전설비가 주요 건널목에 설치되어 있으나 그 가격이 매우 높고 설치하는데 드는 비용도 매우 비쌀 뿐만 아니라 유지비용도 매우 높은 것이 현실이다. 반면에 본 고안은 동일 목적을 GPS 장치를 포함하는 송신기를 을 사용함으로써 상기 기술한 건널목의 안전을 위해 상대적으로 저렴한 가격으로 시공할 수 있을 뿐만 아니라 유지관리 측면에서도 월등하게 유리할 수 있다.

Claims (3)

  1. 달리는 기관차에 장착된 송신부와 건널목에 장착된 수신부로 구별되며
    기관차에 장착된 송신부(100)는,
    달리는 기관차에 장착하여 기관차의 위치좌표를 검출하기 위한 GPS 수신기와; 달리는 기관차의 속력을 감지하기 위한 가속도 센서와; 상기 기술한 가속도센서의 신호를 디지털신호로 변환하여 전달하기 위한 AD컨버터와; 상기 기술한 GPS 수신기로부터 수신된 GPS 정보를 주행중인 기관차의 위치좌표로 변환하고, 기관차의 위치좌표에 인접한 건널목의 위치좌표를 추적하고, 상기 기술한 AD 컨버터로부터 전달된 기관차의 속도와 상기 기술한 인접한 건널목의 위치좌표를 계산하여 건널목에 접근하는 시간을 계산하고, 기관차의 위치좌표와 건널목의 위치좌표가 일정거리 이내 이거나, 접근 시간이 일정시간 이내일 때 기차가 건널목에 접근했음을 알리기 위한 전기적 신호로 변환하는 기관차에 장착하는 중앙처리장치와; 상기 기술한 중앙처리장치에서 변환된 전기적 신호를 건널목에 설치된 수신기로 전송하기 위한 기관차에 장착한 송신기(120)로 구성되며, 건널목에 장착한 수신부(200)는 기관차에 장착한 송신기에서 전송받은 전기적 신호를 건널목에 장착한 중앙처리 장치로 전송하기 위한 건널목에 장착한 수신기(220)와; 상기 기술한 건널목에 장착한 수신기에서 전송받은 전기적 신호를 전기적 신호를 청각 신호 및 바리케이트 제어용 신호로 변환시키기 위한 중앙처리 장치와; 상기 기술한 건널목에 장착한 중앙처리장치에서 변환된 청각신호 및 차단기 제어용 신호를 출력하는 지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치
  2. 상기 기술한 청구항 1에 있어서, 기관차에 장착한 송신기(120)는
    중앙처리장치에서 변환된 전기적 신호를 송신체널수단으로 전달하기 위한 송신데이터 전송수단과: 상기 기술된 송신테이타 전송수단에서 전송된 전기적 신호를 소정 채널을 통해 건널목의 수신체널부로 전송하기 위한 송신체널수단으로 구성되는데 여기에는 반송파 신호를 생성하기 위한 오실레이터와 상기 기술한 송신 테이터 신호와 반송파 신호를 변조하는 모듈레이터와 송신체널수단을 통하여 송신하는데 필요한 고주파 증폭을 하는 알 에프송신기를 포함하고, 건널목에 장착한 수신기(220)는 상기 송신기에서 날아온 전기적 신호를 수신하는 수신체널수단과; 상기 수신체널수단에서 수신된 전기적 신호를 중앙처리장치로 전송하기 위한 수신데이터전송수단;으로 구성되는데 여기에는 수신체널수단을 통하여 미약한 고주파 신호를 증폭하기 위한 RF수신기와 수신데이터 신호와 반송파 신호를 분리하는 디모듈레이터와 디모듈레이터에서 사용할 RF신호를 만드는 오실레이터를 포함하는 지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치.
  3. 상기 기술한 청구항 1에 있어서, 기관차에 장착한 중앙처리장치(110)는
    GPS 수신기로부터 수신된 GPS 정보를 주행중인 기관차의 위치좌표로 변환하고, 기관차의 위치좌표에 인접한 건널목의 위치좌표를 추적하고, 상기 기술한 AD 컨버터로부터 전달된 기관차의 속도와 상기 기술한 인접한 건널목의 위치좌표를 계산하여 건널목에 접근하는 시간을 계산하고, 기관차의 위치좌표와 건널목의 위치좌표가 일정거리 이내 이거나, 접근 시간이 일정시간 이내일 때 기차가 건널목에 접근했음을 알리기 위한 전기적 신호로 변환하고, 건널목에 장착한 중앙처리장치(210)는 건널목에 장착한 수신기에서 전송받은 전기적 신호를 전기적 신호를 청각 신호 및 바리케이트 제어용 신호로 변환하는 지피에스 장치를 이용한 건널목 제어장치
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100638679B1 (ko) * 2004-07-28 2006-10-25 한국철도기술연구원 무선 통신을 이용한 철도 차량의 건널목 정시간 제어시스템

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KR100638679B1 (ko) * 2004-07-28 2006-10-25 한국철도기술연구원 무선 통신을 이용한 철도 차량의 건널목 정시간 제어시스템

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