KR20210057282A - 철도 선로상 차량의 위치 검지 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 철도 차량에 설치되는 차상부; 및 지상에 설치되는 지상부;를 포함하는 철도 차량의 위치 검지 시스템에 있어서, 상기 지상부는, 상기 철도 차량이 이동하는 선로 상에 미리 설정된 거리 간격으로 배치되는 마커;를 포함하고, 상기 차상부는, 상기 철도 차량과 관련된 위성항법위치정보를 수신하는 위성항법수신기; 상기 마커를 센싱하는 센서; 및 상기 위성항법수신기가 수신한 위성항법위치정보 및 상기 센서의 센싱 정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 열차 절대위치 처리장치;를 포함할 수 있다.

Description

철도 선로상 차량의 위치 검지 장치 및 방법 {Train Location Device and Method on railway lines}

본 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법에 관한 것이다.

안전한 열차의 운행을 담당하는 철도신호시스템에서 선로(궤도) 상을 주행하는 열차의 정확한 위치를 확인하는 것이 중요하다.

철도신호시스템에서 선로 상을 주행 중인 열차의 위치를 확인하기 위해 지상에서는 일정한 선로간격 마다 궤도회로(Track Circuit)를 설치하여 선로 상 열차의 위치를 확인하며, 열차에서는 차륜에 타코미터(오도미터)를 장착하여 열차의 이동속도를 측정하는 방법이 적용될 수 있다.

이때, 철도신호시스템에서 열차 위치정보는 선행/후행열차간의 간격제어 및 열차의 진로 제어를 위해 반드시 필요한 정보로서 높은 신뢰도를 가져야만 한다.

최근, GPS 등 위성항법을 열차에 탑재하여 효율적으로 열차의 위치를 확인할 수 있는 방법이 제안되고 있으나, 우주공간에 있는 항법위성과 지상 사용자의 위성항법수신기간의 경로 상에 포함된 오차와 위성항법수신기가 위치한 주위환경에 의한 위성신호의 반사효과 및 가시 위성의 기하학적 배치구조 때문에 위성항법수신기 위치정보의 신뢰도는 철도신호시스템에 사용하기에 불충분하다.

구체적으로, 기존 철도에서 적용중인 궤도회로, 차축계수기 등은 지상의 선로 전구간에 설치되어야 하므로, 구축비용 및 유지보수 비용의 부담이 크다는 문제가 있다.

또한, 발리스(철도용 트랜스폰더)의 경우 해당 발리스에 인접한 발리스와 발리스 판독기 간의 RF신호 간섭이 발생할 수 있어 일정거리 간격 이상만으로 발리스 설치가 가능하며, 발리스는 고가의 장치로서 구축비용의 부담이 크다는 문제점이 있다.

또한, 위성항법수신기는 저비용으로 열차위치를 확인할 수 있는 장점이 있지만, 위성신호지연오차, 위성신호 반사효과(멀티패스), 가시위성의 기하학적 배치구조(DOP), 수신기 열 잡음 등의 오차요인으로 인해 랜덤 한 위치오차가 발생되는 특징이 있어, 신뢰성 있는 위치정보가 필요한 철도신호시스템(열차제어시스템)에 사용하기에는 불충분하다는 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위한 해결방안이 요구되고 있는 실정이다.

(1) 대한민국 특허청 등록번호 10-1634451 호 (2) 대한민국 특허청 등록번호 10-1002182 호

본 발명은 전술한 문제점을 해소하고자 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

구체적으로, 본 발명에서는 철도신호시스템에 적용이 가능하도록 위성항법수신기와 금속탐지센서를 결합한 구조의 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치를 사용자에게 제안하고자 한다.

또한, 본 발명에 따른 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공하고자 한다.

또한, 본 발명에서는 단순한 금속체 만을 사용한 금속기구물을 선로에 설치함으로써, 기존 기술(궤도회로, 차축계수기, 발리스 등)에 비하여 저비용으로 구축이 가능하며, 구조가 단순하기 때문에 유지보수 필요성이 크게 저감된 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은, 위성항법위치정보와 지상의 금속기구물 위치정보를 비교하고 위치정보를 대체하는 방식을 활용하므로 일반 위성항법수신기 활용 시 문제가 되는 위성항법 위치오차요인을 보정하여 정확한 열차위치를 확인할 수 있는 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 고신뢰 절대위치검지장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공하고자 한다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 철도 차량에 설치되는 차상부; 및 지상에 설치되는 지상부;를 포함하는 철도 차량의 위치 검지 시스템에 있어서, 상기 지상부는, 상기 철도 차량이 이동하는 선로 상에 미리 설정된 거리 간격으로 배치되는 마커;를 포함하고, 상기 차상부는, 상기 철도 차량과 관련된 위성항법위치정보를 수신하는 위성항법수신기; 상기 마커를 센싱하는 센서; 및 상기 위성항법수신기가 수신한 위성항법위치정보 및 상기 센서의 센싱 정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 열차 절대위치 처리장치;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 열차 절대위치 처리장치는, 상기 마커의 설치 위치를 저장하는 데이터베이스; 및 상기 위성항법위치정보 및 상기 센싱 정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 열차 절대위치 산출모듈; 을 포함할 수 있다.

또한, 상기 마커는 복수이고, 상기 센서가 상기 복수의 마커 중 제 1 센서를 센싱하는 경우, 상기 열차 절대위치 산출모듈은, 상기 위성항법위치정보 중 상기 제 1 센서가 센싱된 시점의 제 1 위성항법위치정보를 획득하고, 상기 데이터베이스에 저장된 복수의 마커의 설치 위치 중 상기 제 1 위성항법위치정보에 대응하는 제 1 설치 위치를 추출하며, 상기 추출한 제 1 설치 위치 및 상기 제 1 위성항법위치정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출할 수 있다.

또한, 상기 열차 절대위치 산출모듈은, 상기 제 1 설치 위치와 상기 상기 제 1 위성항법위치정보 상의 위치를 서로 비교하여, 위치정보 차이가 미리 설정한 기준 허용오차 이내에 위치하는지 여부를 판단하고, 상기 미리 설정한 기준 허용오차 이내인 경우, 상기 제 1 설치 위치를 상기 열차의 위치로 산출할 수 있다.

또한, 상기 위치정보 차이가 상기 미리 설정한 기준 허용오차를 초과하는 경우, 상기 제 1 위성항법위치정보를 다시 획득할 수 있다.

또한, 상기 복수의 마커는, 상기 미리 설정한 기준 허용오차 범위 이상으로 이격되어 배치되고, 상기 선로가 복수의 병렬로 배치된 경우, 상기 복수의 마커는, 상기 병렬로 배치된 복수의 선로 간의 간섭을 고려하여 상기 미리 설정한 기준 허용오차 범위 이상으로 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 위성항법수신기, 센서 및 열차 절대위치 처리장치의 수행 동작 동기화를 위한 시각동기화 타이머;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 위성항법수신기에서 출력하는 PPS(pulse per second) 정보를 기초로 상기 위성항법수신기, 센서 및 열차 절대위치 처리장치의 수행 동작이 동기화 될 수 있다.

또한, 상기 마커는 금속 소재의 기구물이고, 상기 센서는 상기 금속 소재의 기구물을 탐지하는 금속탐지센서 일 수 있다.

또한, 상기 철도 차량은 복수이고, 상기 복수의 철도 차량 각각은 상호 간의 상대거리를 측정하는 오도미터(odometer)를 더 포함하며, 상기 열차 절대위치 처리장치에서 산출된 열차의 위치 정보와 상기 오도미터에서 측정한 정보를 기초로 상기 복수의 철도 차량의 적어도 일부에 대한 연속적인 위치 파악이 가능할 수 있다.

또한, 상기 위성항법수신기가 이용하는 항법필터(navigation filter) 설정 시, 상기 위헝항법수신기와 연관된 수신위성의 가시각(elevation angle)을 미리 설정된 값 이상으로 설정하고, 상기 항법필터와 연관된 위성수를 미리 설정된 개수 이하로 제한하며, 상기 항법 필터에 대해 DOP(Dilution of Precision) mask를 설정함으로써, 수신한 위성항법위치정보의 품질이 향상될 수 있다.

한편, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양상인 철도 차량이 이동하는 선로 상에 미리 설정된 거리 간격으로 배치되는 마커를 포함하는 지상부; 및 상기 철도 차량과 관련된 위성항법위치정보를 수신하는 위성항법수신기, 상기 마커를 센싱하는 센서와 상기 위성항법수신기가 수신한 위성항법위치정보 및 상기 센서의 센싱 정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 열차 절대위치 처리장치를 포함하는 차상부; 를 이용하여 철도 차량의 위치를 검지하는 방법에 있어서, 상기 마커는 복수이고, 상기 열차 절대위치 처리장치의 데이터베이스가 상기 마커의 설치 위치를 저장하는 제 1 단계; 상기 센서가 상기 복수의 마커 중 제 1 마커를 센싱하는 제 2 단계; 상기 열차 절대위치 처리장치의 열차 절대위치 산출모듈이 상기 위성항법위치정보 중 상기 제 1 마커가 센싱된 시점의 제 1 위성항법위치정보를 획득하는 제 3 단계; 상기 열차 절대위치 산출모듈이 상기 데이터베이스에 저장된 복수의 마커의 설치 위치 중 상기 제 1 위성항법위치정보에 대응하는 제 1 설치 위치를 추출하는 제 4 단계; 및 상기 열차 절대위치 산출모듈이 상기 추출한 제 1 설치 위치 및 상기 제 1 위성항법위치정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 제 5 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 5 단계는, 상기 제 1 설치 위치와 상기 제 1 위성항법위치정보 상의 위치를 서로 비교하는 제 5-1 단계; 위치정보 차이가 미리 설정한 기준 허용오차 이내에 위치하는지 여부를 판단하는 제 5-2 단계; 및 상기 미리 설정한 기준 허용오차 이내인 경우, 상기 제 1 설치 위치를 상기 열차의 위치로 산출하는 제 5-3 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 5-2 단계에서, 위치정보 차이가 상기 미리 설정한 기준 허용오차를 초과하는 경우, 상기 제 1 위성항법위치정보를 획득하는 상기 제 3 단계를 다시 수행할 수 있다.

본 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에서는 철도신호시스템에 적용이 가능하도록 위성항법수신기와 금속탐지센서를 결합한 구조의 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에서는 단순한 금속체 만을 사용한 금속기구물을 선로에 설치함으로써, 기존 기술(궤도회로, 차축계수기, 발리스 등)에 비하여 저비용으로 구축이 가능하며, 구조가 단순하기 때문에 유지보수 필요성이 크게 저감된 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 위성항법위치정보와 지상의 금속기구물 위치정보를 비교하고 위치정보를 대체하는 방식을 활용하므로 일반 위성항법수신기 활용 시 문제가 되는 위성항법 위치오차요인을 보정하여 정확한 열차위치를 확인할 수 있는 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 고신뢰 절대위치검지장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명이 제안하는 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지장치 전체 구조도의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명이 제안하는 열차 절대 위치 처리 장치의 내부 구조도의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명과 관련하여, 열차 절대 위치 산출 모듈의 고신뢰 열차절대위치 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명이 제안하는 위성 항법 위치 정보 내 위치오차 보정 방식을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접 연결되어 있다거나 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.

종래기술 및 종래기술의 문제점

안전한 열차의 운행을 담당하는 철도신호시스템에서 선로(궤도) 상을 주행하는 열차의 정확한 위치를 확인하는 것이 중요하다.

철도신호시스템에서 선로 상을 주행 중인 열차의 위치를 확인하기 위해 지상에서는 일정한 선로간격 마다 궤도회로(Track Circuit)를 설치하여 선로 상 열차의 위치를 확인하며, 열차에서는 차륜에 타코미터(오도미터)를 장착하여 열차의 이동속도를 측정한다.

철도신호시스템에서 열차 위치정보는 선행/후행열차간의 간격제어 및 열차의 진로 제어를 위해 반드시 필요한 정보로서 높은 신뢰도를 가져야만 한다.

최근 GPS 등 위성항법을 열차에 탑재하여 효율성있게 열차의 위치를 확인할 수 있으나, 우주공간에 있는 항법위성과 지상 사용자의 위성항법수신기간의 경로 상에 포함된 오차와 위성항법수신기가 위치한 주위환경에 의한 위성신호의 반사효과 및 가시 위성의 기하학적 배치구조 때문에 위성항법수신기 위치정보의 신뢰도는 철도신호시스템에 사용하기에 불충분하다.

대표적으로 철도신호시스템에서 열차제어를 목적으로 열차위치 확인용 장치로는 궤도회로, 차축계수기, 발리스 등이 있다.

궤도회로 방식

궤도 회로 방식은, 선로 궤도 상 일정간격(고속철도는 1.5km, 일반철도는 0.8~1km 간격)마다 궤도회로를 설치, 구성하고 열차가 해당 궤도회로 구간에 진입한 경우 열차 차축에 의해 구성된 궤도회로가 단락(short)되어 열차가 해당 선로구간을 점유하고 있음을 검지하는 방식이다.

이러한 궤도회로는 지상에서 열차위치를 확인하는 방식이며, 철도신호시스템을 통해 신호 제어되는 모든 선로구간에 설치되어야 한다.

차축계수기를 이용하는 방식

차축 계수기를 이용하는 방법은, 선로 궤도 상 일정간격으로 궤도구간을 분할하고 궤도구간 경계에 차축계수기를 설치하여 차축의 통과여부 및 통과방향을 측정하는 방식이다.

여기서, 차축계수기는 지상에서 열차위치를 확인하는 방식이며, 철도신호시스템을 통해 신호 제어되는 모든 선로구간에 설치되어야 한다.

발리스(철도용 트랜스폰더)를 이용하는 방식

발리스는 RFID 방식의 트랜스폰더로서, 선로 궤도 상 일정간격으로 선로에 설치되며, 발리스는 선로 상의 절대위치정보가 포함된 디지털 데이터를 내장하고 있다.

이때, 열차 하부에는 발리스 판독기가 설치되며, 열차가 해당 발리스를 통과할 때 열차의 발리스 판독기는 현재 열차의 절대위치정보를 확인한다.

즉, 발리스는 궤도회로, 차축계수기와는 달리 열차 상에서 열차의 현재 절대위치를 확인할 수 있도록 하며, 발리스를 통한 절대위치정보는 열차내 설치된 타코미터에 의해 계산된 이동거리상의 누적오차를 보정하는데 활용된다.

위성항법을 이용하는 방식

위성항법 방식은, 우주공간에 위치한 복수의 항법위성으로부터 위성신호를 수신하여 삼각측량의 원리를 이용하여 지상에 위치한 사용자의 위치를 계산하는 방식으로, 대표적인 위성항법시스템으로는 미국의 GPS와 러시아의 GLONASS가 있다.

궤도회로 및 차축계수기를 이용하는 방식의 문제점

궤도회로와 차축계수기는 전체 지상구간에 설치되어야 하므로 설치비용 과다 및 유지보수 부품/개소 등 증가 등의 유지보수상의 문제가 있다.

또한, 일정간격(고속철도는 1.5km, 일반철도는 0.8~1km 간격)마다 열차의 점유정보만을 확인할 수 있어, 열차위치 정보의 분해능 성능이 좋지 못하다는 문제점이 있다.

발리스(철도용 트랜스폰더)를 이용하는 방식의 문제점

발리스는 RFID 방식의 트랜스폰더로서, 열차가 해당 발리스를 통과할 때, 발리스 내의 디지털화된 절대위치정보를 열차의 발리스판독기가 판독하는 방식으로 판독하며, 해당 발리스에 인접한 발리스와 발리스판독기간의 RF신호 간섭이 발생할 수 있어 일정거리 간격 이상만으로 발리스 설치가 가능하며, 발리스는 고가의 장치로서 선로 상에 많이 설치할 수 없다는 문제점이 존재한다.

위성항법을 이용하는 방식의 문제점

우주공간에서 이동 중인 항법위성과 지상 사용자의 위성항법수신기간의 경로 상에 포함된 오차와 위성항법수신기가 위치한 주위환경에 의한 위성신호의 반사효과(멀티패스), 가시 위성의 기하학적 배치구조(DOP), 수신기 열잡음 등의 오차요인 때문에 위성항법수신기는 위치오차가 내재하고 있으며, 이동이 정지된 상태에서도 지속적으로 위치계산값이 변동되는 특성이 있다. 따라서 이러한 변동되는 특성으로 인해 신뢰성 있는 위치정보가 필요한 철도신호시스템에 사용하기에는 불충분하다는 문제점이 있다.

종합적으로, 기존 철도에서 적용중인 궤도회로, 차축계수기 등은 지상의 선로 전구간에 설치되어야 하므로 구축비용 및 유지보수 비용의 부담이 크다.

또한, 발리스(철도용 트랜스폰더)의 경우 해당 발리스에 인접한 발리스와 발리스판독기간의 RF신호 간섭이 발생할 수 있어 일정거리 간격 이상만으로 발리스 설치가 가능하며, 발리스는 고가의 장치로서 구축비용의 부담이 크다.

또한, 위성항법수신기는 저비용으로 열차위치를 확인할 수 있는 장점이 있지만, 위성신호지연오차, 위성신호 반사효과(멀티패스), 가시위성의 기하학적 배치구조(DOP), 수신기 열잡음 등의 오차요인으로 인해 랜덤한 위치오차가 발생되는 특징이 있어, 신뢰성 있는 위치정보가 필요한 철도신호시스템(열차제어시스템)에 사용하기에는 불충분하다.

철도 선로상 차량의 위치 검지 장치 및 방법

전술한 종래의 문제점을 해소하고자 본 발명은, 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

구체적으로, 본 발명에서는 철도신호시스템에 적용이 가능하도록 위성항법수신기와 금속탐지센서를 결합한 구조의 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치를 사용자에게 제안하고자 한다.

또한, 본 발명에 따른 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공하고자 한다.

또한, 본 발명에서는 단순한 금속체 만을 사용한 금속기구물을 선로에 설치함으로써, 기존 기술(궤도회로, 차축계수기, 발리스 등)에 비하여 저비용으로 구축이 가능하며, 구조가 단순하기 때문에 유지보수 필요성이 크게 저감된 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은, 위성항법위치정보와 지상의 금속기구물 위치정보를 비교하고 위치정보를 대체하는 방식을 활용하므로 일반 위성항법수신기 활용 시 문제가 되는 위성항법 위치오차요인을 보정하여 정확한 열차위치를 확인할 수 있는 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 고신뢰 절대위치검지장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공하고자 한다.

이하에서는 본 발명이 제안하는 장치 및 방법에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명이 제안하는 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지장치 전체 구조도의 일례를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 철도신호시스템에 적용이 가능하도록 위성항법수신기와 금속탐지센서를 결합한 구조의 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 시스템(1)이 도시된다.

본 발명에 따른 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 시스템(1)은 도 1에 도시된 것과 같이, 차량에 설치되는 차상부(10)와 지상에 설치되는 지상부(20)로 구분된다.

이때, 지상부(20)는 선로상 일정한 거리 간격으로 선로 중심부에 설치되는 금속소재의 선로상 금속기구물(210)로 구성된다.

본 발명에 따른 선로상 금속기구물(210)은 복수로 배치될 수 있다.

또한, 차상부(10)는 위성항법위치정보를 산출하는 위성항법수신기(120), 선로상 금속기구물(210)을 탐지하는 금속탐지센서(130), 위성 항법 위치 정보와 금속기구물 탐지 정보를 처리하여 열차의 절대위치를 계산하는 열차 절대위치 처리장치(140) 및 상기 위성항법수신기(120), 금속탐지센서(130) 및 열차 절대위치 처리장치(140)의 시각을 동기화하기 위한 시각동기화 타이머(110)로 구성된다.

도 1에서 설명한 것과 같이, 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 시스템(1)은 일정한 간격마다 금속기구물(210) 통과 시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 구현할 수 있다.

또한, 도 1에서는, 열차절대위치처리장치(140), 위성항법수신기(120), 금속탐지센서(130)간의 시각동기화를 위해 별도의 시각 동기화 타이머(110)를 활용하는 구조를 제안하였으나, 별도의 타이머(110)를 추가하지 않고 위성항법수신기(120)에 내장된 시각정보(1PPS(pulse per second)) 출력을 시각동기화를 위해 활용하는 구성을 가질 수도 있다.

한편, 도 2는 본 발명이 제안하는 열차 절대 위치 처리 장치의 내부 구조도의 일례를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열차 절대위치 처리장치(140)는 선로상 금속기구물(210)의 설치위치를 모두 기록하고 있는 데이터베이스(141)와 금속기구물 탐지정보(131) 및 위성항법위치정보(121)를 활용하여 열차의 절대위치정보를 실질적으로 계산하는 열차 절대위치 산출모듈(142)로 구성된다.

본 발명에 따른 열차 절대위치 산출모듈(142)은 금속기구물 탐지정보(131)가 발생되었을 때, 해당 시점의 위성항법 위치정보(121)를 이용하여 선로금속기구물(210)의 설치위치 데이터베이스(141)를 조회하고, 위성항법 위치정보(121)와 근방에 있는 선로금속기구물(210)의 설치위치를 검색하여 고신뢰 절대위치정보를 결정할 수 있게 된다.

도 2의 열차절대위치처리장치의 내부 구조에서 선로상 금속구조물 설치위치 데이이터베이스(141)는 선로상에 설치된 각각의 금속구조물(210)의 설치위치 값을 가지고 있는 데이터베이스로서 열차절대위치산출모듈의 메모리 부품(미도시)에 실장 될 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명과 관련하여, 열차 절대 위치 산출 모듈의 고신뢰 열차절대위치 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 가장 먼저, 열차 절대위치 산출모듈(142)에서는 위성항법수신기(120)로부터 위성항법 위치정보(121)를 지속적으로 확인하는 동작을 수행한다(S10).

아울러 철도 선로상 차상부(10)가 선로상 금속기구물(210)을 통과할 때, 금속탐지센서(130)는 금속탐지신호(131)를 열차 절대위치 산출모듈(142)에 전송하게 되므로, 열차 절대위치 산출모듈(142)은 금속탐지신호(131)가 탐지되었는지 여부를 확인하게 된다(S11).

이때 탐지가 되지 않은 경우에는, 탐지가 될 때까지 위성항법위치정보(121)를 지속적으로 확인하게 되므로, S10 단계부터 다시 수행하게 된다.

만약, 금속 탐지 센서(130) 로부터 금속탐지신호(131)가 확인되는 경우(S11), 열차 절대위치 산출모듈(142)은 위성 항법 위치정보(121)를 이용하여 선로상 금속기구물 설치위치 데이터베이스(141)를 조회한다(S12).

즉 상기 데이터베이스(141)로부터 해당 위성항법위치정보(121) 근방에 위치한 선로상 금속기구물(210)의 설치위치를 검색한다(S15).

다음으로 선로상 금속기구물(210)의 설치위치와 위성항법위치정보(121)를 비교하여 두 위치정보가 기준 허용오차 이내에 위치하는지 여부를 판단한다(S12).

만약, 오차를 초과하는 경우에는, 위성항법수신기(120)로부터 위성항법 위치정보(121)를 지속적으로 확인하는 S10 단계부터 다시 수행한다.

선로상 금속기구물(210)의 설치위치와 위성항법위치정보(121)를 비교하여 두 위치정보가 기준 허용오차 이내에 위치하는 경우, 열차 절대위치 산출모듈(142)은 선로상 금속기구물(210)의 설치위치를 고신뢰 절대위치정보로 출력한다(S14).

S14 단계를 통해, 열차 절대위치 산출모듈(142)이 선로상 금속기구물(210)의 설치위치를 출력하게 되면, S10 단계부터 전술한 과정이 다시 수행된다.

한편, 도 4는 본 발명이 제안하는 위성 항법 위치 정보 내 위치오차 보정 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는, 선로상 금속기구물(210)의 설치위치와 위성항법위치정보(121)를 비교하여 열차의 고신뢰 열차절대위치를 파악하는 개념을 나타낸다.

본 발명에서는, 열차의 위성항법위치정보(121)에 포함된 위치오차를 보정하기 위해, 열차가 금속기구물(210)을 통과하는 시점의 열차의 위성항법위치(121)를 금속기구물(210)의 설치위치로 대치하는 방식으로 고신뢰 열차절대위치를 결정할 수 있다.

즉, 도 4에서 열차의 위성항법위치정보(121)에 포함된 위치오차를 보정하기 위해, 열차가 제 3 금속기구물(210c)을 통과하는 시점의 열차의 위성항법위치(121c)를 금속기구물(210)의 설치위치로 대치하는 방식으로 고신뢰 열차절대위치를 결정할 수 있다.

도 4를 참조하면, 단선 선로 구간에서 금속기구물(210a, 210b, 201c 등)의 설치간격은 도 4의 허용오차 수준을 초과하도록 설정할 수 있다.

허용오차 수준 이내로 서로 다른 금속기구물이 설치되면 신뢰도 있는 열차위치를 확인할 수 없을 수 있기 때문이다.

또한, 복선선로 구간에서는 도 4에 도시된 것과 같이, 허용오차 수준을 초과하지 않도록 상행선과 하행선에 금속기구물(210a, 210b, 201c 등)을 설치한다.

즉, 도 4에서 위쪽 선로가 상행선인 경우, 하행선에 위치한 금속기구물은 상행선에 설치된 금속기구물의 허용오차 수준을 초과하는 위치(허용오차 수준이 겹치지 않는 위치)에 설치할 수 있다.

또한, 위성항법의 고유오차 중 열차가 위치한 지리적 환경에 영향을 받는 위성신호 반사효과(멀티패스), 가시위성의 기하학적 배치구조(DOP)에 기인한 위치오차를 차단하기 위해 위성항법수신기(120)의 항법필터 설정 시, 수신위성의 가시각(elevation angle)을 높게 설정하고, 항법필터 사용 위성수를 제한하고, DOP mask 등을 설정하여 위성항법수신기 위치정보의 품질을 자체 평가하여 열차절대위치처리장치에서 활용하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 효과

본 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에서는 철도신호시스템에 적용이 가능하도록 위성항법수신기와 금속탐지센서를 결합한 구조의 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대위치검지 장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명에서는 단순한 금속체 만을 사용한 금속기구물을 선로에 설치함으로써, 기존 기술(궤도회로, 차축계수기, 발리스 등)에 비하여 저비용으로 구축이 가능하며, 구조가 단순하기 때문에 유지보수 필요성이 크게 저감된 발명은 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 위성항법위치정보와 지상의 금속기구물 위치정보를 비교하고 위치정보를 대체하는 방식을 활용하므로 일반 위성항법수신기 활용 시 문제가 되는 위성항법 위치오차요인을 보정하여 정확한 열차위치를 확인할 수 있는 철도 선로상 차량의 고신뢰 절대 위치 검지 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 고신뢰 절대위치검지장치는 일정한 간격마다 금속기구물 통과시에만 불연속적으로 열차 절대위치정보를 산출하는 방식이므로, 차량의 상대(이동)거리를 측정하는 타코미터(오도미터)와 결합하여 연속적으로 열차의 이동위치를 확인할 수 있는 열차위치검지장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최대한 광의의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최대한 광의의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims (14)

1. 철도 차량에 설치되는 차상부; 및 지상에 설치되는 지상부;를 포함하는 철도 차량의 위치 검지 시스템에 있어서,
   상기 지상부는,
   상기 철도 차량이 이동하는 선로 상에 미리 설정된 거리 간격으로 배치되는 마커;를 포함하고,
   상기 차상부는,
   상기 철도 차량과 관련된 위성항법위치정보를 수신하는 위성항법수신기;
   상기 마커를 센싱하는 센서; 및
   상기 위성항법수신기가 수신한 위성항법위치정보 및 상기 센서의 센싱 정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 열차 절대위치 처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 열차 절대위치 처리장치는,
   상기 마커의 설치 위치를 저장하는 데이터베이스; 및
   상기 위성항법위치정보 및 상기 센싱 정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 열차 절대위치 산출모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 마커는 복수이고,
   상기 센서가 상기 복수의 마커 중 제 1 센서를 센싱하는 경우,
   상기 열차 절대위치 산출모듈은,
   상기 위성항법위치정보 중 상기 제 1 센서가 센싱된 시점의 제 1 위성항법위치정보를 획득하고,
   상기 데이터베이스에 저장된 복수의 마커의 설치 위치 중 상기 제 1 위성항법위치정보에 대응하는 제 1 설치 위치를 추출하며,
   상기 추출한 제 1 설치 위치 및 상기 제 1 위성항법위치정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 열차 절대위치 산출모듈은,
   상기 제 1 설치 위치와 상기 상기 제 1 위성항법위치정보 상의 위치를 서로 비교하여, 위치정보 차이가 미리 설정한 기준 허용오차 이내에 위치하는지 여부를 판단하고,
   상기 미리 설정한 기준 허용오차 이내인 경우, 상기 제 1 설치 위치를 상기 열차의 위치로 산출하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 위치정보 차이가 상기 미리 설정한 기준 허용오차를 초과하는 경우,
   상기 제 1 위성항법위치정보를 다시 획득하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 복수의 마커는, 상기 미리 설정한 기준 허용오차 범위 이상으로 이격되어 배치되고,
   상기 선로가 복수의 병렬로 배치된 경우,
   상기 복수의 마커는, 상기 병렬로 배치된 복수의 선로 간의 간섭을 고려하여 상기 미리 설정한 기준 허용오차 범위 이상으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 위성항법수신기, 센서 및 열차 절대위치 처리장치의 수행 동작 동기화를 위한 시각동기화 타이머;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 위성항법수신기에서 출력하는 PPS(pulse per second) 정보를 기초로 상기 위성항법수신기, 센서 및 열차 절대위치 처리장치의 수행 동작이 동기화 되는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 마커는 금속 소재의 기구물이고,
   상기 센서는 상기 금속 소재의 기구물을 탐지하는 금속탐지센서인 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 철도 차량은 복수이고,
    상기 복수의 철도 차량 각각은 상호 간의 상대거리를 측정하는 오도미터(odometer)를 더 포함하며,
    상기 열차 절대위치 처리장치에서 산출된 열차의 위치 정보와 상기 오도미터에서 측정한 정보를 기초로 상기 복수의 철도 차량의 적어도 일부에 대한 연속적인 위치 파악이 가능한 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 위성항법수신기가 이용하는 항법필터(navigation filter) 설정 시,
    상기 위헝항법수신기와 연관된 수신위성의 가시각(elevation angle)을 미리 설정된 값 이상으로 설정하고,
    상기 항법필터와 연관된 위성수를 미리 설정된 개수 이하로 제한하며,
    상기 항법 필터에 대해 DOP(Dilution of Precision) mask를 설정함으로써, 수신한 위성항법위치정보의 품질이 향상되는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 시스템.
    
12. 철도 차량이 이동하는 선로 상에 미리 설정된 거리 간격으로 배치되는 마커를 포함하는 지상부; 및 상기 철도 차량과 관련된 위성항법위치정보를 수신하는 위성항법수신기, 상기 마커를 센싱하는 센서와 상기 위성항법수신기가 수신한 위성항법위치정보 및 상기 센서의 센싱 정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 열차 절대위치 처리장치를 포함하는 차상부; 를 이용하여 철도 차량의 위치를 검지하는 방법에 있어서,
    상기 마커는 복수이고,
    상기 열차 절대위치 처리장치의 데이터베이스가 상기 마커의 설치 위치를 저장하는 제 1 단계;
    상기 센서가 상기 복수의 마커 중 제 1 센서를 센싱하는 제 2 단계;
    상기 열차 절대위치 처리장치의 열차 절대위치 산출모듈이 상기 위성항법위치정보 중 상기 제 1 센서가 센싱된 시점의 제 1 위성항법위치정보를 획득하는 제 3 단계;
    상기 열차 절대위치 산출모듈이 상기 데이터베이스에 저장된 복수의 마커의 설치 위치 중 상기 제 1 위성항법위치정보에 대응하는 제 1 설치 위치를 추출하는 제 4 단계; 및
    상기 열차 절대위치 산출모듈이 상기 추출한 제 1 설치 위치 및 상기 제 1 위성항법위치정보를 기초로 상기 열차의 위치를 산출하는 제 5 단계;를 포함하는 철도 선로상 차량 위치 검지 방법.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 5 단계는,
    상기 제 1 설치 위치와 상기 상기 제 1 위성항법위치정보 상의 위치를 서로 비교하는 제 5-1 단계;
    위치정보 차이가 미리 설정한 기준 허용오차 이내에 위치하는지 여부를 판단하는 제 5-2 단계; 및
    상기 미리 설정한 기준 허용오차 이내인 경우, 상기 제 1 설치 위치를 상기 열차의 위치로 산출하는 제 5-3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 방법.
    
14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 5-2 단계에서, 위치정보 차이가 상기 미리 설정한 기준 허용오차를 초과하는 경우,
    상기 제 1 위성항법위치정보를 획득하는 상기 제 3 단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 철도 선로상 차량 위치 검지 방법.

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