KR100376427B1 - 열차 건널목 자동화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기차 및 지하철의 통행을 알리는 열차 건널목 자동화 시스템에 관한 것으로, 선로 중앙에 일정간격으로 설치되며, 열차에서 발생되는 자력을 감지하는 복수 개의 진입 감지 센서, 진입 감지 센서로부터 발생된 자력 신호를 전기적인 신호로 변환하는 전기 변환 회로, 전기 변환 회로의 출력 신호를 저장하는 데이터 저장부, 데이터 저장부에 설치된 데이터를 연산 처리하는 연산 처리 장치, 열차 건널목 부근에 설치되고, 열차의 진입을 알리는 경보 장치 및 상기 데이터 저장부, 연산 처리 장치 및 상기 경보장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 연산 처리 장치는 열차의 진입속도를 계산하고, 상기 계산된 값에 따라 경보 장치의 작동 시간을 조절하여 경보 장치를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

열차 건널목 자동화 시스템{Railway crossing automation system}

본 발명은 기차 및 지하철의 통행을 알리는 열차 건널목 자동화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열차의 진입속도에 따라 열차 건널목 부근에 설치된경보장치 또는 표시기의 작동 시간을 변경시키는 시스템에 관한 것이다.

종래 기차의 건널목 부근에 설치된 통행 차단기의 경우는 기차의 건널목으로부터 일정거리 떨어진 위치에 기계적 또는 충격식 스위칭 또는 센서에 의하여 열차가 스위칭 장치 센서 위로 진입하는 것을 해당 센서가 감지한 후, 열차 속도에 상관없이 즉시 또는 일정시간 후에 열차 건널목의 차단기를 작동 시켜 왔다.

따라서 상기와 같은 종래의 열차 건널목 차단 시스템을 사용할 경우에는 열차 속력에 무관하게 일정시간 후 건널목 차단기가 작동하므로, 통행자들의 안전을 위하여 항상 가장 빠른 속력으로 지나가는 열차를 기준으로 하여 차단기의 작동 시간을 조정해 놓을 수 밖에 없다. 따라서, 열차가 건널목을 느린 속력으로 지나갈 경우에는 이로 인한 통행인들의 대기 시간이 길어지므로 교통 지연이 발생하고, 차단목을 대기하는 차량의 연료비가 낭비되는 문제가 발생한다.

지하철의 경우도 상기와 유사한 문제가 존재한다. 즉, 지하철이 전역을 출발하는 지점에 자기 감지 센서가 설치되고, 감지 센서 신호에 의해 다음 정착역에서는 플랫홈에서 기다리는 승객을 위하여, 열차가 전역을 출발하였다는 메시지를 전달한다. 그러나 이 경우도 지하철이 전역과 다음역 사이에서 멈추어 있거나 서행을 할 경우에는 승객들에게는 이러한 사항에 대한 상세한 정보를 전달할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 건널목을 지나가는 열차의 속력에 따라 건널목 부근의 경보 장치를 작동시키는 시간을 조절할 수 있는 열차 건널목 자동화 시스템및 열차 건널목 자동화 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 열차 건널목 자동화 시스템을 이용하여 선로를 주행하는 열차를 감지하여 열차의 도착시간에 관한 정보를 대기 승객에게 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 철로에 설치된 센서를 개략적으로 도시하는 도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 열차 건널목 자동화 시스템을 도시한 도이다.

도 3 은 본 발명에 따른 열차 건널목 자동화 시스템의 다른 실시예를 도시한 도이다.

도 4 는 본 발명에 따른 열차 건널목 자동화 방법을 설명하는 블록도.

도 5 는 열차가 자기 감지 센서 상을 지나갈 때, 본 발명의 열차 건널목 자동화 시스템에서 사용하는 자기 감지 센서의 출력 신호를 도시한 도이다.

도 6 은 열차가 감지 센서가 설치된 선로의 이웃 선로상을 열차가 지나갈 때, 본 발명의 열차 건널목 자동화 시스템에서 사용하는 감지 센서의 출력 신호를 도시한 도이다.※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명20 ... 진입감지센서 100 ... 전기변환장치110 ... 필터장치 120 ... 데이터저장부130 ... 데어터연산처리장치 140 ... 경보장치150 ... 통과완료 감지센서 160 ... 제어장치

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열차 건널목 자동화 시스템은

선로 중앙에 일정간격으로 설치되며, 열차의 이동에 따라 변화되는 자력을 감지하는 복수 개의 진입 감지 센서;

상기 진입 감지 센서로부터 감지된 자력변화 신호를 전기적인 신호로 변환하는 전기 변환 회로;

상기 전기 변환 회로의 출력 신호를 저장하는 데이터 저장부;

상기 데이터 저장부에 설치된 데이터를 연산 처리하는 연산 처리 장치;

열차 건널목 부근에 설치되고, 열차의 진입을 알리는 경보 장치; 및

상기 데이터 저장부, 상기 연산 처리 장치 및 상기 경보 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 연산 처리 장치는 열차의 진입 속력을 계산하고, 상기 진입 속력에 따라, 상기 경보 장치의 작동 시간을 계산하여, 상기 계산된 시간에 따라 경보 장치를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 열차의 통과 완료를 감지하는 통과 완료 감지 센서를 더 구비하고, 상기 통과 완료 감지 센서로부터 감지되는 자장 변화가 일정시간 계속되다가중단되는 시점을 인식하여, 상기 시점을 제어 장치를 통해 전달함으로써 상기 경보 장치를 종료시킬 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 센서가 설치된 선로 외의 다른 선로에 열차가 진입할 경우에 센서가 정확히 동작되도록 하기 위하여, 진입 감지 센서 및 통과 완료 감지 센서에서 발생된 신호 또는 전기 변환 장치에 의해 발생된 신호가 소정 크기 이하를 갖는 값일 경우에, 소정 값 이하를 갖는 신호를 차단하는 기능을 갖는 필터 장치를 더 구비할 수도 있다.

본 발명의 목적은

열차 각량의 움직임을 감지하고, 상기 움직임에 따른 자장 변화를 감지하는 열차 이동 감지 및 자장 발생 단계;

상기 감지된 자장을 전기적 신호로 변환하는 전기 변환 단계;

상기 변환된 전기적 신호에 따라 열차의 속도를 계산하는 속도 계산 단계;

상기 계산된 열차 속도를 이용하여 열차 건널목에 설치된 경보 신호를 발생할 시기를 결정하는 시기 결정 단계;

상기 결정된 시기에 열차의 진입을 알리는 경보를 발생시키는 경보 발생 단계;

열차가 건널목 통과를 완료하는 순간을 감지하는 건널목 통과 완료 감지 단계; 및

상기 건널목 통과 완료 감지신호에 의해 상기 경보 신호 발생 단계를 해제하는 단계를 구비함으로써 이루어질 수도 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 열차 건널목 자동 차단 시스템 및 그 자동화 방법에 대해서 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 철로에 설치된 센서를 개략적으로 도시하는 도이다.

도 1 에 도시한 바와 같이 열차 진행 방향으로 복수개의 열차 진입 감지 센서 (20) 가 S1, S2, ..., Sn 으로 설치된다. 상기 센서는 서로 일정 간격 (L1) 을 두고 선로 (10) 의 중앙에 설치되는 것이 바람직하며, 각각의 열차 진입 감지 센서는 센서 위로 열차의 각량이 지나갈 때 마다 자력 변화를 감지하는 역할을 한다.

또한 통과 완료 감지 센서 (30) 를 건널목 (40) 주변에 더 설치할 수도 있다. 통과 완료 감지 센서는 열차진행 방향을 기준으로 건널목 전 또는 후에 설치되어 열차의 최종 차량이 통과하는 것을 감지하는 역할을 한다.

본 발명에 적용하는 자기 진입 센서 및 통과 완료 감지 센서는 마이크로 열차 디텍터 (Micro Train Detector) 라고도 불린다.

열차가 건널목에 도착하는 시간을 감지하는 방법은 다음과 같다.

열차의 최선 차량이 열차 진입 감지 센서 S1 상을 통과하는 시간을 t1 이라 하고, 동일 차량이 열차 진입 감지 센서 S2 상을 통과하는 시간을 t2 라 하자. 열차 진입 감지 센서 S1 과 S2 사이는 일정거리 (L1) 으로 떨어져 있으므로, 열차의 속력 (v)은 다음 수학식에 의하여 계산된다.

상기의 수학식 1 로부터 열차가 건널목에 도달하는 시간 Ta 는 다음 식에 의하여 구해진다.

본 발명의 열차 건널목 자동 차단 시스템에 의하여 상기 식에서 구한 열차의 속력 및 건널목 도달시간 외에도 열차의 전체 길이, 선로상에 열차의 존재 유무, 열차의 정차 유무 등에 관한 정보를 얻을 수 있다. 상기의 정보를 얻는 방법에 대해서 정성적으로 설명하면 다음과 같다.

열차의 전체 길이는 상기에서 구한 열차의 속력과 진입 감지 센서 중 하나에서 측정된 열차의 한 량이 진입 감지 센서를 통과하는 시간으로부터 열차 한량의 길이를 쉽게 구할 수 있으며, 진입 감지 센서에서 감지된 열차의 총 차량수를 곱하므로써 열차의 전체 길이를 구할 수 있다. 선로상의 열차의 존재 유무 및 열차의 정차 유무는 열차 진입 센서의 자기량의 변화 유무 및 변화 상태를 각각 파악함으로써 가능해 진다. 또한, 건널목의 경보를 알리기 위한 적절한 시간은 상기의 정보들과 각 건널목의 지리적 환경으로부터 쉽게 구할 수 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 열차 건널목 자동화 시스템의 적용 예를 도시한 도이다.

진입 감지 센서 (20)는 도 1의 S1, S2, ..., Sn 을 표시한 것이다. 열차의 각 차량이 진입 감지 센서(20) 위을 진입할 때, 진입 감지 센서(20)에서는 이를 자장의 변화량으로 감지한다. 진입 감지 센서에서 감지된 자장의 변화량이 전기 변환 장치 (100) 로 입력되면, 전기 변환 장치(100)는 입력된 자장 신호를 전기적 신호로 바꾸어 준다.

전기적으로 변환된 신호는 데이터 저장부 (120) 로 연결되며, 데이터 저장부(120)에서는 각 감지 센서(20)로부터 감지된 신호에 대한 정보를 저장하는 역할을 한다. 데이터 저장부(120)의 출력은 데이터 연산 처리 장치 (130) 에 입력된다. 데이터 저장부(120)에 저장된 데이터와 연산 처리 장치(130)를 이용하여 열차의 속력, 건널목 도달시간, 열차의 전체 길이, 선로상에 열차의 존재 유무, 열차의 정차 유무 및 건널목 부근에 설치된 경보 장치 (140) 를 동작시키는 위한 타이밍 등에 관한 정보를 계산을 통해 얻을 수 있다.

데이터 연산 처리 장치(130)로부터 계산된 정보를 이용하여 제어기를 통하여 상기 정보 들을 경보 장치(140)로 전송할 수 있다. 본 발명의 경보 장치 (140) 는 열차 건널목을 통행하려는 차량 및 통행자들에게 열차의 진입을 소리 경보로 전달하는 장치 또는 시각적으로 열차의 진입 시간 등에 대한 정보를 표시하는 장치를 포괄적으로 포함하는 장치를 말하는 것이다.

도 2 에 도시된 제어장치 (160) 는 데이터 저장부(120) 또는 데이터 연산 처리 장치(130) 및 경보 장치(140)에 적절한 제어 신호를 전달하거나, 데이터 연산 처리 장치(130) 등에서 발생된 제어신호를 입력받아 본 발명의 열차 건널목 자동 차단 시스템의 구성요소들을 전체적으로 제어하는 기능을 한다.

도 3 은 본 발명 열차 건널목 자동화 시스템의 보다 바람직한 실시예를 도시한 도이다. 이하에서는 도 2 의 구성과 차이나는 도 3 의 구성요소 부분에 대해서 설명하도록 한다.

전기 변환 장치 (100) 와 데이터 저장부 (120) 사이에 필터장치 (110) 를 부가할 수 있다. 필터 장치 (110) 는 열차의 진입을 감지하려는 선로 외의 이웃 선로 등을 통과하는 열차에 의해 발생되는 자장에 의하여 본 발명의 감지 센서(20)가 오동작하지 않도록 하기 위한 것이다. 즉, 측정하고자 하는 선로 위를 열차가 진행할 경우에는 열차 진입 감지 센서 (20) 에서 감지하는 자장의 세기가 큰 값으로 변화되는 반면, 측정하고자 하는 선로 외의 다른 이웃 선로로 열차가 통과할 경우에는 자장의 값이 작아지는 특징을 이용하는 것이다. 상기의 2 가지 상태를 설명하기 위하여 도 5 와 도 6 에 측정 실험 데이터를 첨부하여 도시하였다. 도 5 및 도 6 에서, 가로축은 시간축을 표시하며, 세로축은 자장의 변화를 나타낸다.

도 5 는 열차가 감지 센서(20) 상을 지나갈 때, 본 발명의 열차 건널목 자동화 시스템에서 사용하는 감지 센서(20)가 자장의 변화를 감지하는 양을 나타내는 것이다. 열차의 각 차량이 지나갈 때 마다 자장이 피크치를 갖는 것을 알 수 있으며, 도 5 의 데이터는 총 10 개의 차량으로 구성된 열차가 감지 센서 위를 지나갈 때의 자장 변화를 나타내는 것이다.

도 6 은 열차가 감지 센서(20)가 설치된 선로 외의 이웃 선로상을 지나갈 때, 본 발명의 열차 건널목 자동화 시스템에서 사용하는 감지 센서(20)의 자장 변화를 나타내는 도이다. 도 6 에 나타난 자장의 피크치는 도 5 에 도시된 자장의 피크치 보다 작은 값을 갖는 것을 알 수 있다.

도 3 의 필터 장치 (110) 에서는 상기와 같은 특징을 이용하여 이웃 선로로 열차가 통과할 때 발생하는 자장의 변화를 제거하여, 본 발명에서 사용하는 감지 센서 (20) 의 오동작을 방지하기 위한 것이다. 물론 도 3 의 필터는 감지 센서 (20) 자체가 소정의 문턱 신호 이하에서 동작되지 않는 특성을 가지고 있을 경우에는 필요하지 않을 수도 있다.

도 3 의 통과 완료 감지 센서 (150) 는 열차가 건널목을 완전히 통과한 후에 경보 장치 (140) 의 동작을 멈추게 하기 위해 설치될 수 있다. 즉, 열차의 건널목 전 또는 주변의 어느 하나 이상의 지역에 설치하므로써 열차가 건널목을 통과하는 것을 감지한 후, 감지된 신호를 제어 장치 (160) 에 전달하여 제어장치가 최종적으로 경보 장치 (140)의 동작을 멈추도록 하는 역할을 한다. 통과 완료 감지 센서 (150) 가 없을 경우에는, 경보기가 작동되기 시작한 후 소정 시간이 지난 후에 자동적으로 경보 장치 (140) 의 동작을 종료시킴으로써 본 발명의 목적을 달성할 수도 있을 것이다.

도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예인 열차 건널목 자동화 방법에 대하여 도시하였다.

열차 이동 감지 및 자장 발생 단계 (S1) 에서는 열차의 건널목에서 일정거리 이격된 위치에 있는 감지 센서에서 열차의 이동에 따라 발생되는 자기 변화량을 감지한다.

전기 변화 단계 (S2) 에서는, 열차 이동 감지 및 자장 발생 단계 (S1) 에서 감지된 자장 변화량을 전기적인 신호로 변환한다. 변환된 전기 신호는 디지털 신호인 것이 바람직하다.

다음으로 속력 계산 단계 (S3) 에서는, 열차의 진입 속력을 구하는 단계로서, 열차의 진입 속력은 상술한 바와 같이 자기 감지 센서간의 일정 거리 (L1) 와 열차 진입 감지 센서 S1 과 S2 에 열차가 진입하는 시간 t1 및 t2 로부터 계산된다.

경보 장치의 작동 시기를 결정하는 단계 (S4) 에서는, 열차의 속력과 건널목과 가장 가까운 거리에 위치한 센서와의 거리 (L2) 의 데이터에 의하여 열차가 건널목까지 도달하는 데 소요되는 시간을 계산하고, 상기 계산된 시간과 대기 중인 승객이 건널목을 건너는데 필요한 시간을 충분히 고려하여 결정된 시간에 의해 경보 장치의 작동 시기를 결정한다.

만약, 열차가 건널목까지 도달하는데 소요되는 예상 시간이 5 분이고, 승객이 건널목을 건너는 시간이 2 분이 소요된다고 가정할 경우, 경보 장치를 작동시켜야 하는 시간은 열차가 건널목으로부터 가장 가까운 거리에 위치한 진입 감지 센서 (20) 를 지난 후부터 3 분이 경과되기 전으로 설정하여야 한다.

경보 발생 단계 (S5) 에서는 S4 단계에서 결정된 시간에 경보 장치를 동작시킨다.

다음으로 건널목 통과 완료 감지 단계 (S6) 에서는 열차가 건널목을 완전히 통과한 순간을 감지하는 단계이다. 이는 도 1 에서 도시된 통과 완료 감지 센서 (30) 의 자장 변화가 일정시간 계속되다가 중단되는 시점을 인식할 수 있다.

마지막으로 경보 해제 단계 (S7) 에서는 건널목 통과 완료 감지 단계 (S6) 에서 발생된 열차의 통과 완료를 알리는 신호에 의해, 경보 장치를 해제하기 위한신호를 발생시킴으로써, 열차가 진입하는 속력에 따라 경보 장치를 작동시키고 멈추는 시간을 적절히 조절하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

따라서 본 발명에서 제시된 열차 건널목 자동화 시스템 및 자동화 방법에 의하여 건널목을 통과하는 열차의 속력을 계산하여, 건널목 부근에 설치된 경보 장치를 열차 속력에 따라 차별적으로 동작시킴으로써, 건널목을 건너려는 차량 및 행인의 대기 시간을 최소화하여, 원활한 교통 흐름을 달성하고, 대기 차량의 연료 소모를 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하여 선로를 주행하는 열차의 속력을 계산하여 열차의 도착시간에 관한 정보를 대기 중인 승객에게 제공함으로써, 대기 중인 승객 및 차량에게 열차의 도착 시간에 관한 충분한 정보를 충분히 전달하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 열차 건널목 자동화 시스템 및 자동화 방법에 대한 다양한 다른 수정 및 변경이 본 발명의 범위와 정신을 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 비록 본 발명이 특정한 바람직한 실시예와 관련하여 기술되었지만, 청구범위에 기재된 것과 같은 발명이 그와 같은 특정 실시예로 부당하게 한정되지는 않는다는 점을 이해하여야 한다. 다음의 청구범위는 본 발명의 범위를 정의하는 것이며 이러한 청구범위의 범위내에서의 구조와 방법 및 그 균등물을 포함한다.

Claims (5)

1. 선로 중앙을 따라서 일정간격으로 설치되며, 열차의 이동에 따라 변화되는 자력을 감지하는 차량의 진행방향을 따라서 건널목 이전에 설치되어 열차의 진입을 감지하는 복수 개의 진입 감지 센서 및 건널목 이후에 설치되어 열차의 통과 완료를 감지하는 통과 완료 감지 센서;

   상기 진입 감지 센서 및 상기 통과 완료 감지 센서로부터 감지된 자력 변화 신호를 전기적인 신호로 변환하는 전기 변환 회로;

   상기 전기 변환 회로에 의해 변환된 신호가 소정 크기 이하를 갖는 값일 경우에, 상기 소정 이하 값을 차단하는 기능을 갖는 필터 장치;

   상기 필터장치의 출력 신호를 저장하는 데이터 저장부;

   상기 데이터 저장부에 설치된 데이터들로부터 인접하는 상기 진입 감지 센서들간의 거리와 상기 열차가 통과하는 시간을 이용하여 상기 열차의 속도를 연산하고, 상기 속도와 상기 진입 감지 센서와 상기 건널목간의 거리를 이용하여 건널목까지의 도달시간을 연산 처리하는 연산 처리 장치;

   열차 건널목 부근에 설치되고, 열차의 진입을 알리는 경보장치; 및

   상기 데이터 저장부, 상기 연산 처리 장치 및 상기 경보 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,

   상기 연산 처리 장치는 상기 계산된 시간에 따라 상기 경보장치를 동작시키며, 상기 통과 완료 감지 센서로부터 감지되는 자장 변화가 일정시간 계속되다가 중단되는 시점을 인식하여, 상기 시점을 제어 장치를 통해 전달함으로써 상기 경보 장치의 동작을 종료시키는 것을 특징으로 하는 열차 건널목 자동화 시스템.
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