KR100797055B1 - Method for Measuring Severity of Railway Track Irregularity - Google Patents

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KR100797055B1
KR100797055B1 KR1020060048980A KR20060048980A KR100797055B1 KR 100797055 B1 KR100797055 B1 KR 100797055B1 KR 1020060048980 A KR1020060048980 A KR 1020060048980A KR 20060048980 A KR20060048980 A KR 20060048980A KR 100797055 B1 KR100797055 B1 KR 100797055B1
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이희업
이준석
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 열차가 주행하는 철도궤도(railway track)를 효율적으로 유지보수할 수 있도록 철도궤도의 궤도틀림(track irregularity) 정도 즉, 궤도틀림도를 3차원 데이터의 형식으로 측정할 수 있는 새로운 방식의 측정방법에 관한 것이다. The present invention provides a new method of measuring the track irregularity, that is, the track distortion degree, in the form of three-dimensional data so that the train tracks can be efficiently maintained. It relates to a measuring method.

본 발명에 따르면, 측정대상 철도선로의 궤도에 대하여 궤도검측을 시행하여 궤도검측 데이터를 측정하는 단계; 궤도검측 데이터로부터, 측정 개시 시점부터의 거리에 따른 각각의 측정된 궤도검측 데이터 값의 파형을 나타내는 측정 개시 시점으로부터의 거리(t)의 함수 fn(t)를 구하는 단계; 상기 함수 fn(t)를 하기의 수학식 1에서 함수 f(t) 대신에 대입하여 변환함으로써 압축계수 a와 전이계수 b의 함수인

Figure 112006038598856-pat00001
를 구하는 단계; 측정하고자 하는 궤도틀림의 목표 파장 범위를 정하는 단계; 및 모를레 웨이브렛의 고유주파수
Figure 112006038598856-pat00002
를 상기 압축계수 a로 나눈 값이 상기 궤도틀림의 목표 파장 범위의 상한과 하한의 범위에 있도록, 압축계수 a 값을 연속적으로 변화시키고, 그와 동시에 전이계수 b를 0부터 총 검측구간의 거리 L까지의 구간에서 연속적으로 변화시키면서 해당 철도궤도에 대한 함수
Figure 112006038598856-pat00003
의 값인 3차원 형식의 궤도틀림도를 계산하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도궤도의 궤도틀림도 측정방법이 제공된다. According to the present invention, the step of measuring the track detection data by performing track detection on the track of the rail line to be measured; Obtaining, from the trajectory detection data, a function fn (t) of the distance t from the measurement start time point representing the waveform of each measured trajectory detection data value according to the distance from the start time of the measurement; Substituting the function fn (t) in place of the function f (t) in Equation 1 below, the function of the compression coefficient a and the transition coefficient b
Figure 112006038598856-pat00001
Obtaining a; Determining a target wavelength range of orbital distortion to be measured; And frequency of Morle wavelet
Figure 112006038598856-pat00002
The compression coefficient a is continuously changed so that the value divided by the compression coefficient a is within the upper and lower limits of the target wavelength range of the torsional distortion, and at the same time, the transition coefficient b is 0 to the total detection interval L. Function for the corresponding rail track while continuously changing in the interval up to
Figure 112006038598856-pat00003
Provided is a method for measuring track distortion of a railroad track, comprising the step of calculating the track distortion in a three-dimensional form that is a value of.

궤도, 궤도틀림, 철도, 공간주파수, 신호처리 Track, track distortion, railway, spatial frequency, signal processing

Description

철도궤도의 효율적 유지보수를 위한 3차원 데이터 형식의 철도 궤도틀림도 측정방법{Method for Measuring Severity of Railway Track Irregularity}Measurement method of railway track distortion in three-dimensional data format for efficient maintenance of railway tracks {Method for Measuring Severity of Railway Track Irregularity}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 궤도틀림도를 측정하는 방법의 각 단계를 보여주는 흐름도이다. 1 is a flow chart showing each step of the method for measuring orbital distortion degree according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 있어서, 압축계수 a에 따른 함수

Figure 112006038598856-pat00004
의 파형 변화를 보여주는 그래프도이다. 2 is a function according to the compression coefficient a in the present invention.
Figure 112006038598856-pat00004
A graph showing the waveform change of

도 3은 본 발명에 있어서, 전이계수 b에 따른 함수

Figure 112006038598856-pat00005
의 파형 변화를 보여주는 그래프도이다.3 is a function according to the transition coefficient b in the present invention
Figure 112006038598856-pat00005
A graph showing the waveform change of

도 4는 본 발명에 따라 궤도틀림도를 측정하여 이를 3차원 형태로 도시한 그래프도이다.  Figure 4 is a graph showing the three-dimensional form of the measurement of orbital distortion in accordance with the present invention.

도 5는 본 발명에 따라 궤도틀림도를 측정하여 이를 2차원 평면으로 도시한 그래프도이다.Figure 5 is a graph showing a two-dimensional plane by measuring the degree of orbital distortion in accordance with the present invention.

본 발명은 철도궤도의 효율적 유지보수를 위한 철도 궤도틀림도의 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열차가 주행하는 철도궤도(railway track)를 효율적으로 유지보수할 수 있도록 철도궤도의 궤도틀림(track irregularity) 정도 즉, 궤도틀림도를 3차원 데이터의 형식으로 측정할 수 있는 새로운 방식의 측정방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring railroad track distortion for efficient maintenance of railroad tracks, and more particularly, to track railroad track tracks in which a train travels efficiently. It relates to a new method of measuring the degree of track irregularity, that is, the degree of track distortion in the form of three-dimensional data.

궤도틀림은 열차가 주행하는 서로 평행한 두개의 철도레일이 열차의 반복운행 또는 다른 요인에 의해 상하 또는 좌우로 원래 소정의 위치에서 변위가 발생하는 것을 의미한다. 궤도틀림의 종류로는, 발생형태에 따라 줄틀림, 면틀림, 궤간틀림, 수평틀림, 평면성틀림 등이 있는데, 이러한 궤도틀림은 열차 운행시 열차의 동요를 유발시켜 주행안전성 및 승객의 승차감에 큰 영향을 미친다. 따라서 궤도틀림이 지나치게 커지지 않도록 항상 관리하여야 하고 적절한 보수작업을 수행하여야 하는데, 이를 위해서는 궤도검측을 통한 궤도틀림의 정도 즉, 궤도틀림도를 정확히 측정하는 것이 필요하다. Track distortion means that two parallel railway rails on which a train travels are displaced at an original predetermined position vertically or horizontally by a repeating operation or other factors of the train. Types of orbital distortion include twisting, facetling, gap between gages, horizontal twisting and flatness depending on the type of occurrence. These track twisting causes the train to fluctuate when the train is running, which greatly increases driving safety and passenger comfort. Affect Therefore, the track distortion should always be managed so as not to become too large and appropriate maintenance work should be performed. For this purpose, it is necessary to accurately measure the degree of track distortion, that is, the track distortion degree.

궤도틀림은 궤도길이(레일길이)에 따라 존재하는 여러 가지 파형들의 조합으로 나타나게 되는데, 그 원인 및 결과에 따라 파형들이 달라진다. 궤도틀림의 파형에 따라, 열차의 속도에 따라 소음, 진동, 주행안전성, 승차감등에 미치는 영향이 각각 다른 것으로 알려져 있다. 최근 들어 철도궤도의 성능향상과 열차의 속도 증가에 따른 열차의 안전성과 승객의 승차감을 향상시키기 위하여 궤도틀림의 파형이 가지는 파장을 고려한 적절한 궤도선형 관리에 대한 필요성이 강조되어 왔다. Orbital distortion is represented by a combination of various waveforms that exist according to the track length (rail length), and the waveforms vary depending on the cause and effect. It is known that the effects on noise, vibration, driving safety, ride comfort, etc. are different depending on the shape of the track distortion and the speed of the train. Recently, the necessity of proper track linear management considering the wavelength of the track distortion waveform has been emphasized in order to improve the performance of railway tracks and to improve the safety of passengers and the ride comfort of passengers as the speed of trains increases.

궤도검측은 인력검측과 궤도검측차에 의한 방법이 있으며, 예를 들어 10m의 현의 중앙에서 레일과의 종거를 측정하는 "10m 현 중앙 종거법"에 의하여 궤도틀림을 나타내는 궤도검측 데이터를 측정할 수 있다. 궤도검측을 통해 측정된 궤도검측 데이터는, 궤도의 길이에 따라 주기적인 형태를 가지는 파형을 이루게 된다. Track detection can be performed by manpower detection and track detection difference. For example, the track detection data indicating track distortion can be measured by "10m chord center longitudinal method" which measures the distance between rails at the center of 10m chord. Can be. The track detection data measured through track detection forms a waveform having a periodic shape along the length of the track.

종래에는 궤도검측을 통해 측정된 궤도검측 데이터가 파형을 이루고 있다는 점을 이용하여 이를 퓨리어 변환(Fourier Transformation) 처리하여 데이터를 분석하였다. Conventionally, by using the fact that orbital detection data measured by orbital detection forms a waveform, the data is analyzed by Fourier Transformation.

모든 파형은 주기함수에 해당하고, 이러한 주기함수는 사인(sin)과 코사인(cos)의 삼각함수의 합으로 나타낼 수 있다. 퓨리어 변환은 이미 공지된 것인데, 이러한 퓨리어 변환에서는 이러한 주기함수의 적분에 의하여 시간영역에서의 신호를 주파수 영역에서의 신호로 변환하게 된다. All waveforms correspond to periodic functions, which can be expressed as the sum of the trigonometric functions of sin and cosine. The Fourier transform is already known, and in this Fourier transform, the signal in the time domain is converted into the signal in the frequency domain by the integration of the periodic function.

그러나 이러한 퓨리어 변환에 있어서의 한계는, 시간에 대한 정보가 손실되므로, 퓨리어 변환에 의해서는 어느 시각에 어떠한 주파수 성분 즉, 어떤 파장 성분이 탁월한 지를 나타내는 시점에 대한 정보를 찾을 수 없다는 것이다. However, the limitation of this Fourier transform is that since the information about time is lost, the Fourier transform cannot find information on the point of time at which time the frequency component, that is, the wavelength component is excellent.

따라서 종래와 같이, 파형을 이루는 궤도검측 데이터를 퓨리어 변환하여 처리하게 되면, 궤도틀림의 발생위치에 대한 정보는 소멸하게 되고, 단지 검측된 구간 전체에 대해 지배적인 궤도틀림 파장만을 알 수 있다. 그러므로, 퓨리어 변환을 이용한 종래의 기술에서는 단순히 궤도검측을 시행한 전체 구간에 대해 발생한 궤도틀림으로 인한 주요 파장이 얼마인지 만을 측정할 수 있을 뿐이며, 궤도틀림의 주요 파장과 발생위치, 그리고 그 정도를 동시에 알 수는 없다. Therefore, as in the related art, when the orbital detection data forming a waveform is Fourier transformed and processed, information on the occurrence position of the orbital distortion disappears, and only the orbital distortion wavelength prevailing for the entire detected section can be known. Therefore, in the conventional technique using the Fourier transform, it is only possible to measure what is the main wavelength due to orbital distortion for the entire section in which the orbital detection is performed, and the main wavelength, the occurrence position, and the extent of the orbital distortion. You cannot know at the same time.

결국 종래의 측정방법으로는 궤도검측을 수행한 길이에 관계없이 전체 구간에 대한 전반적인 평가만이 가능하게 될 뿐이며, 따라서 종래의 측정방법에 의해서는, 열차 탑승자가 느끼게 될 승차감에 영향을 미치는 요소들에 대한 구체적인 평가를 내릴 수 있는 궤도틀림도를 측정할 수 없다는 한계가 있다.As a result, the conventional measurement method only enables the overall evaluation of the entire section regardless of the length of the track detection, and accordingly, the conventional measurement method affects the riding comfort that a train occupant will feel. There is a limitation that the orbital distortion degree cannot be measured, which can give a detailed evaluation of.

본 발명은 상기와 같은 종래의 측정방법이 가지는 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 철도궤도를 검측하여 구해지는 궤도틀림 데이터를 처리하여 궤도틀림도를 측정함에 있어서, 궤도검측 데이터를 처리하는 과정에서 궤도의 길이에 따른 궤도틀림의 정도를 나타내는 정보가 계속 존재하도록 하여, 궤도틀림의 주요 파장과 발생위치, 그리고 그 정도를 동시에 알 수 있도록 함으로써 실제로 궤도틀림으로 인하여 열차 탑승자가 느끼게 될 승차감에 영향을 미치는 요소들에 대한 구체적인 평가를 내릴 수 있도록 하는 더욱 정밀한 궤도틀림도를 측정할 수 있는 새로운 측정방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 하고 있다.The present invention was developed to overcome the limitations of the conventional measuring method as described above. Specifically, the track track data is processed by measuring track track track data by processing track track track data obtained by detecting rail tracks. During the process, information indicating the degree of track distortion along the length of the track continues to exist so that the main wavelength, location, and degree of track distortion can be known at the same time. It is an object of the present invention to provide a new measuring method that can measure more precise orbital distortion, which enables specific evaluation of the factors affecting.

상기한 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 철도궤도를 검측하여 구해지는 궤도틀림 데이터를 처리하여 궤도틀림도를 측정하는 방법으로서, 측정대 상 철도선로의 궤도에 대하여 궤도검측을 시행하여 궤도검측 데이터를 측정하는 단계; 궤도검측 데이터로부터, 측정 개시 시점부터의 거리에 따른 각각의 측정된 궤도검측 데이터 값의 파형을 나타내는 측정 개시 시점으로부터의 거리(t)의 함수 fn(t)를 구하는 단계; 상기 함수 fn(t)를 하기의 수학식 1에서 함수 f(t) 대신에 대입하여 변환함으로써 압축계수 a와 전이계수 b의 함수인

Figure 112006038598856-pat00006
를 구하는 단계; 측정하고자 하는 궤도틀림의 목표 파장 범위를 정하는 단계; 및 모를레 웨이브렛의 고유주파수
Figure 112006038598856-pat00007
를 상기 압축계수 a로 나눈 값이 상기 궤도틀림의 목표 파장 범위의 상한과 하한의 범위에 있도록, 압축계수 a 값을 연속적으로 변화시키고, 그와 동시에 전이계수 b를 0부터 총 검측구간의 거리 L까지의 구간에서 연속적으로 변화시키면서 해당 철도궤도에 대한 함수
Figure 112006038598856-pat00008
의 값인 3차원 형식의 궤도틀림도를 계산하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도궤도의 궤도틀림도 측정방법이 제공된다. In order to achieve the object of the present invention, the present invention is a method for measuring the track distortion by processing the track distortion data obtained by detecting the rail tracks, by performing track detection on the track of the railway track on the measuring table Measuring the detection data; Obtaining, from the trajectory detection data, a function fn (t) of the distance t from the measurement start time point representing the waveform of each measured trajectory detection data value according to the distance from the start time of the measurement; Substituting the function fn (t) in place of the function f (t) in Equation 1 below, the function of the compression coefficient a and the transition coefficient b
Figure 112006038598856-pat00006
Obtaining a; Determining a target wavelength range of orbital distortion to be measured; And frequency of Morle wavelet
Figure 112006038598856-pat00007
The compression coefficient a is continuously changed so that the value divided by the compression coefficient a is within the upper and lower limits of the target wavelength range of the torsional distortion, and at the same time, the transition coefficient b is the distance L from 0 to the total detection interval. Function for the corresponding rail track while continuously changing in the interval up to
Figure 112006038598856-pat00008
Provided is a method for measuring the track distortion of a railway track comprising the step of calculating the track distortion of the three-dimensional form that is the value of.

위와 같은 본 발명의 측정방법에서, a 값을 y축으로 하고 b 값을 x축으로 하고, 계산된 궤도틀림도를 z축으로 하는 3차원 형태의 그래프를 이용하여 궤도틀림도를 표현하여 시각화하는 단계를 더 포함할 수도 있다. In the measuring method of the present invention as described above, visualizing by expressing orbital distortion degree using a three-dimensional graph with a value of y as the y-axis, b value to the x-axis, the calculated orbital degree to the z-axis It may further comprise a step.

아래에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 궤도틀림 진전도의 측정방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the method of measuring the torsional tremor in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따라 궤도틀림도를 측정하는 방법의 각 단계 를 보여주는 흐름도가 도시되어 있다. Figure 1 is a flow chart showing each step of the method for measuring the degree of track distortion according to an embodiment of the present invention.

우선 측정대상 철도선로의 궤도에 대하여 궤도검측을 시행하여 궤도검측 데이터를 측정한다(단계 1). 궤도검측은 종래와 마찬가지로 검측차량을 이용하거나 인력을 통하여 이루어진다. 예를 들어 "10현 중앙 종거법"에 따라 궤도검측을 할 수 있는데, 이와 같은 검측을 통해서 궤도의 길이 즉, 출발지 기점 궤도의 이정(里程)에 따른 궤도의 특정위치에서의 상대적 변위가 궤도검측 데이터로서 검출된다. First, track detection is performed on the track of the railroad to be measured to measure track detection data (step 1). Track detection is performed using a detection vehicle or by manpower as in the prior art. For example, orbital detection can be performed according to the "10-string central longitudinal law", which allows the relative displacement at a specific position of the track along the length of the track, i.e., the departure of the starting track, to be tracked. It is detected as data.

후속하여 이렇게 궤도검측을 통해 측정된 궤도검측 데이터 값은 궤도에서의 위치, 즉 측정 개시 시점으로부터의 거리(길이)대한 함수가 된다. 를 들어, "10m 현 중앙 종거법"에 의하여 궤도검측을 시행하고 이에 의해 측정된 궤도검측 데이터 값은 실질적으로는 이산화된 값이지만, 그래프로 도시하게 되면 전체적인 형태는 파형을 이루게 되는데, 이렇게 파형으로 도시된 측정 개시 시점으로부터 거리 t인 위치에서의 종거를 표현할 수 있는 함수 fn(t)로 구하는 것이다. 만일 "10m 현 중앙 종거법"이 아닌 다른 궤도검측 방법에 의한다면 함수 fn(t)의 값은 종거가 아닌 다른 값이 될 것이다. Subsequently, the track detection data values thus measured through the track detection become a function of the position in the track, that is, the distance (length) from the start of the measurement. For example, orbital detection is performed by the "10m chordal central law" and the orbital detection data measured by this is substantially discretized. However, when the graph is shown, the overall shape becomes a waveform. It is a function fn (t) that can express the distance at the position of distance t from the start point of measurement shown. If we use a path detection method other than "10m chord center method", the value of the function fn (t) will be a value other than the base value.

이와 같이 궤도틀림에 있어서는 변환이 필요한 궤도검측 데이터로부터 측정위치 즉, 측정 시점으로부터의 측정 지점까지의 철도궤도 길이 t에 대한 상대적 변위에 대하여, 파형을 표현하는 함수 fn(t)를 구하게 된다(단계 2). 이와 같이 구해진 함수 fn(t)를 모를레 웨이브렛(Morlet wavelet) 변환 이론을 이용한 데이터 변환처리를 수행함으로써 궤도틀림도를 계산한다(단계 3). As described above, in the track distortion, a function fn (t) representing a waveform is obtained from the track detection data that needs to be converted, relative to the measurement position, that is, the relative displacement of the rail track length t from the measurement point to the measurement point (step) 2). The orbital distortion degree is calculated by performing the data transformation process using the Morlet wavelet transformation theory with the function fn (t) thus obtained (step 3).

다음에서는 본 발명에서 사용하고 있는 모를레 웨이브렛 변환의 수학적 원리 에 대하여 설명한다. The following describes the mathematical principle of the Morle wavelet transform used in the present invention.

모를레 웨이브렛 변환에서는, 시간 t에 대한 파장의 함수를 f(t)라고 할 때, 상기 함수 f(t)를 하기의 수학식 1에 대입하여 변환시킴으로써 함수값

Figure 112006038598856-pat00009
를 계산하게 된다. In the Molelet wavelet transformation, when the function of the wavelength for time t is f (t), the function value is converted by substituting the function f (t) into Equation 1 below.
Figure 112006038598856-pat00009
Will be calculated.

Figure 112006038598856-pat00010
Figure 112006038598856-pat00010

상기 수학식 1에서 a는 압축계수이며, b는 전이계수이다. 상기 수학식 1에서 함수

Figure 112006038598856-pat00011
는 "모를레 웨이브렛"이라고 하며 아래의 수학식 2와 같이 정의된다. In Equation 1, a is a compression coefficient and b is a transition coefficient. Function in Equation 1
Figure 112006038598856-pat00011
Is called "Morle wavelet" and is defined as Equation 2 below.

Figure 112006038598856-pat00012
Figure 112006038598856-pat00012

수학식 2에서

Figure 112006038598856-pat00013
는 모를레 웨이브렛의 고유주파수로서
Figure 112006038598856-pat00014
이다. In equation (2)
Figure 112006038598856-pat00013
Is the natural frequency of the Molle wavelet.
Figure 112006038598856-pat00014
to be.

수학적인 관점에서 수학식 1에 의한 함수

Figure 112006038598856-pat00015
는 f(t)라는 함수가 a, b값 에 따라 수학식 2의 함수
Figure 112006038598856-pat00016
와 얼마나 잘 일치하느냐를 보여주게 된다. a, b값에 따라 만일 함수 f(t)가 수학식 2에 의한 함수
Figure 112006038598856-pat00017
와 완전히 일치하는 경우에는 수학식 1에 의한 함수
Figure 112006038598856-pat00018
값이 최대값이 되며, 만일 서로 반대위상으로 일치하는 경우에는 수학식 1에 의한 함수
Figure 112006038598856-pat00019
값은 (-) 부호의 최소값이 된다. 그러므로 수학식 1에 의한 함수
Figure 112006038598856-pat00020
값의 절대값이 최대가 되는 경우에, 함수 f(t)가 수학식 2의 함수
Figure 112006038598856-pat00021
의 파형과 일치한다고 볼 수 있다. 한편, 수학식 1에서 상기 압축계수 a는 파형의 주기(주파수)를 변환하는 바꿔주는 역할을 하는 값이다. 도 2에는 상기 압축계수 a에 따른 수학식 2에 의한 함수
Figure 112006038598856-pat00022
의 파형 변화가 도시되어 있는데, 도 2에 도시된 것처럼, 압축계수 a 값이 변화됨에 따라 파형의 주기(주파수)가 변화된다. 수학식 1에서 상기 전이계수 b는 파형 자체를 시간의 축을 따라 이동시켜주는 역할을 하는 값이다. 도 3에는 상기 전이계수 b에 따른 수학식 2의 함수
Figure 112006038598856-pat00023
의 파형 변화가 도시되어 있는데, 도 3에 도시된 것처럼 전이계수 b가 달라지면 파형의 위치가 시간 축을 따라 이동하게 된다. Functions from Equation 1 from a Mathematical Perspective
Figure 112006038598856-pat00015
Is a function of equation (2) according to the values of a and b
Figure 112006038598856-pat00016
And how well it matches. According to a and b values, if function f (t) is
Figure 112006038598856-pat00017
If the exact match with, the function
Figure 112006038598856-pat00018
The value is the maximum value, and if the phases coincide with each other out of phase, the function
Figure 112006038598856-pat00019
The value is the minimum of the minus sign. Therefore, the function
Figure 112006038598856-pat00020
If the absolute value of the value is maximum, the function f (t) is a function of equation (2).
Figure 112006038598856-pat00021
It can be seen that it matches the waveform of. Meanwhile, in Equation 1, the compression coefficient a is a value that serves to change the period (frequency) of the waveform. 2 is a function according to Equation 2 according to the compression coefficient a
Figure 112006038598856-pat00022
As shown in FIG. 2, the waveform period of the waveform is changed as the compression coefficient a is changed. In Equation 1, the transition coefficient b is a value that serves to move the waveform itself along the time axis. 3 is a function of Equation 2 according to the transition coefficient b
Figure 112006038598856-pat00023
As shown in FIG. 3, the change in the transition coefficient b as shown in FIG. 3 causes the position of the waveform to move along the time axis.

철도궤도에 있어서, 궤도검측 데이터는 시간에 따른 함수가 아니라, 철도 궤도에 따른 길이의 함수가 된다. 즉, 앞서 설명한 것처럼, 궤도검측 데이터를 이용하여 검측시점으로부터의 해당 검측지점까지의 철도궤도 길이 t에 대한 상대적 변위에 대하여, 파형을 표현하는 함수 fn(t)를 구하게 되는 것이다. 따라서 본 발명에서는 공간주파수의 개념을 이용한다. In railroad tracks, track detection data is not a function of time, but a length of railroad tracks. That is, as described above, the function fn (t) representing a waveform is obtained from the track detection data using the relative displacement of the railroad track length t from the detection point to the corresponding detection point. Therefore, the present invention uses the concept of spatial frequency.

일반적으로 시간주파수는 1초당 파장의 반복회수를 의미하는 Hz(헤르쯔)를 단위로서 사용한다. 예를 들어 1초 동안에 파장이 몇 번 반복되었는지가 바로 시간주파수가 되는 것이다. 그러나 철도궤도에 있어서 이러한 시간주파수를 이용해서는 궤도틀림이 승차감, 주행안정성 등에 주는 영향을 정확하게 파악할 수 없다. 왜냐하면, 승차감, 주행안정성 등에 영향을 주는 요소는 예를 들어 1초 동안에 파장이 몇 번 반복했는지가 아니라, 일정한 구간 예를 들어 1 km의 구간에서 파장이 몇 번 반복했는지이다. 만일 예를 들어 1 km의 구간에서 파장이 1번 반복한 경우보다 5번 반복한 경우가 승차감이 더 나쁘게 된다. 이와 같이, 승차감이나 철도차량의 주행안정성 등에 영향을 주는 것은 시간주파수가 아니므로, 종래와 같이 시간주파수에 기초한 퓨리어 변환을 이용해서는 승차감, 주행안정성 등에 영향을 주는 실질적인 궤도틀림도를 측정할 수 없는 것이다. 이러한 이유에서 본 발명에서는, 단위 길이당 파동 반복되는 거리를 의미하는 공간주파수에 기초하여 모를레 웨이브렛 변환을 수행함으로써 궤도틀림도를 측정한다. In general, the time frequency uses Hz (hertz), which means the number of repetitions of the wavelength per second as a unit. For example, how many times a wavelength is repeated in one second becomes the time frequency. However, it is not possible to accurately grasp the effects of track distortion on ride comfort, driving stability, etc. using these time frequencies in railway tracks. For example, the factors influencing riding comfort and driving stability are not how many times the wavelength is repeated in one second, but how many times the wavelength is repeated in a certain section, for example, 1 km. For example, if the wavelength is repeated five times in the 1 km section, the riding comfort is worse. As described above, since it is not the time frequency that affects the ride comfort or the running stability of the railway vehicle, the conventional track frequency based on the time frequency can be used to measure the actual track distortion which affects the riding comfort, driving stability, etc. It is not there. For this reason, in the present invention, the degree of orbital distortion is measured by performing the Mollet wavelet transform based on the spatial frequency, which means the distance of repeated waves per unit length.

즉, 모를레 웨이브렛 변환은 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 이루어지는데, 본 발명에서는 앞서 설명한 것처럼, 궤도검측을 통하여 구해진 궤도검측 데이터에 기초하여, 검측시점으로부터의 해당 검측지점까지의 철도궤도 길이 t에 대한 상대적 변위의 함수 fn(t)를 구하는 단계를 실행하고, 이렇게 구해진 fn(t)를 수학식 1에서 함수 f(t) 대신에 대입하여 변환함으로써 압축계수 a와 전이계수 b의 함수인

Figure 112006038598856-pat00024
를 구하는 단계를 실행한다(단계 3-1). 후속하여 위와 같이 구해진 압 축계수 a와 전이계수 b의 함수인
Figure 112006038598856-pat00025
에 대하여 아래와 같이 상기 압축계수 a 및 전이계수 b를 입력하여 그 계산값을 구함으로써 본 발명의 궤도틀림도를 산정하게 된다(단계 3-2). That is, the Molle wavelet transform is performed using Equations 1 and 2, and in the present invention, as described above, the railroad from the point of detection to the corresponding point of detection based on the track detection data obtained through the track detection. Calculating the function fn (t) of the relative displacement with respect to the track length t and substituting the resultant fn (t) instead of the function f (t) in Equation 1 to convert the compression coefficient a and the transition coefficient b Function
Figure 112006038598856-pat00024
Execute the step of obtaining (step 3-1). Subsequently, a function of the compression coefficient a and the transition coefficient b
Figure 112006038598856-pat00025
The orbital distortion degree of the present invention is calculated by inputting the compression coefficient a and the transition coefficient b as follows, and calculating the calculated values (step 3-2).

우선 측정하고자 하는 궤도틀림의 파장 범위 즉, 궤도틀림의 목표 파장 범위를 정한다. 상기 궤도틀림의 목표 파장 범위는 열차의 승차감과 주행안정성에 영향을 주는 궤도틀림의 파장 범위가 되는데, 이는 측정하고자 하는 철도궤도와 그 위를 주행하는 열차에 따라 정해진다. 일반적으로 철도차량은 특정 진동수의 범위에서 가장 동요하기 쉬운 상태가 되는 것으로 알려져 있으며, 다양한 형태의 기존 조사를 통하여 각각의 철도차량에 대하여 위와 같이 가장 동요하기 쉬운 상태를 이루는 진동수의 범위가 얼마인지는 공지되어 있다. 한편, 열차의 속도가 빨라질수록 단위시간당 통과한 거리가 길어지므로 상기 진동수의 범위에 해당하는 궤도틀림의 파장 범위는 열차속도에 비례한다. 본 발명에서는 이와 같이 궤도틀림도를 측정하고자 하는 철도궤도를 주행하는 열차의 속도와, 해당 열차의 주행안정성에 영향을 미치는 진동수의 범위에 대한 공지된 자료를 이용하여 측정하고자 하는 철도궤도에 대한 궤도틀림의 목표 파장 범위를 정하게 되는 것이다. First, the wavelength range of the track distortion to be measured, that is, the target wavelength range of the track distortion is determined. The target wavelength range of the track distortion is a wavelength range of the track distortion that affects the ride comfort and driving stability of the train, which is determined by the railroad track to be measured and the train traveling thereon. In general, railroad cars are known to be the most prone to shake in a specific frequency range, and what is the range of the frequency of the most prone to shake for each railroad vehicle through various types of existing surveys? Known. On the other hand, the faster the speed of the train, the longer the distance passed per unit time, so that the wavelength range of the track distortion corresponding to the frequency range is proportional to the speed of the train. In the present invention, the track for the rail track to be measured by using the known data on the speed of the train running on the rail track to measure the track distortion and the frequency range affecting the running stability of the train The target wavelength range is wrong.

이와 같이 궤도틀림의 목표 파장 범위를 정한 후에는 모를레 웨이브렛의 고유주파수

Figure 112006038598856-pat00026
를 상기 압축계수 a로 나눈 값이 상기 궤도틀림의 목표 파장 범위의 상한과 하한의 범위에 있도록, 압축계수 a 값을 연속적으로 변화시키고, 그와 동시에 전이계수 b를 0부터 총 검측구간의 거리 L까지의 구간에서 연속적으로 변화시키면 서 수학식1을 이용하여 구해진 해당 철도궤도에 대한 함수
Figure 112006038598856-pat00027
의 값을 구하게 되는데, 이 값이 바로 본 발명의 궤도틀림도가 되는 것이다. After determining the target wavelength range of orbital distortion, the natural frequency of the Molle wavelet
Figure 112006038598856-pat00026
The compression coefficient a is continuously changed so that the value divided by the compression coefficient a is within the upper and lower limits of the target wavelength range of the torsional distortion, and at the same time, the transition coefficient b is 0 to the total detection interval L. Function for the corresponding railroad track obtained by using Equation 1 while continuously changing in the section up to
Figure 112006038598856-pat00027
The value of is obtained, which is the orbital distortion degree of the present invention.

본 발명에 따르면, 위와 같은 방법에 의하여 측정된 궤도틀림도는 사용자가 쉽게 이해할 수 있도록 3차원 그래프로 시각화할 수 있다. 즉, a 값을 y축으로 하고 b 값을 x축으로 하고, 궤도틀림도 즉, 상기 수학식 1의 함수

Figure 112006038598856-pat00028
을 z축으로 하는 3차원 형태의 그래프로 표현하여 시각화하는 것이다(단계 4). 이와 같은 본 발명의 각 단계를 거쳐 측정된 궤도틀림도를 3차원 형태로 시각화하게 되면, 측정 대상인 철도궤도에 대하여 궤도틀림에 대한 정보를 쉽게 파악할 수 있게 된다. 도 4에는 본 발명에 따라 궤도틀림도를 측정하여 이를 3차원 형태로 도시한 그래프도가 도시되어 있다. 이와 같이 본 발명에서는 궤도틀림도가 3차원 형태의 데이터 값으로 구해지므로 이를 3차원 형태의 그래프로 시각화할 수 있는 것이다. According to the present invention, the orbital distortion measured by the above method can be visualized in a three-dimensional graph so that the user can easily understand. That is, a value is set as the y axis, b value is set as the x axis, and the orbital distortion degree, that is, the function of Equation 1
Figure 112006038598856-pat00028
Is visualized by expressing a graph in a three-dimensional form having a z-axis (step 4). When the track distortion degree measured through each step of the present invention is visualized in a three-dimensional form, it is possible to easily grasp information on the track distortion about the rail track being measured. Figure 4 is a graph showing a three-dimensional form of the measurement of the orbital distortion in accordance with the present invention. As described above, in the present invention, since the orbital distortion degree is obtained as a data value of a three-dimensional form, it can be visualized in a three-dimensional graph.

실제로 철도궤도의 보수/보강이 필요한 구간은 궤도틀림도의 값이 사전에 설정한 기준을 초과하는 경우가 된다. 따라서 3차원 형태로 시각화한 궤도틀림도 그래프에서 z축의 값 즉, 궤도틀림도의 값이 소정 값 이상인 부분만을 표시하게 되면, 측정 구간에서 보수/보강이 필요한 정도의 궤도틀림도가 존재하는 구간을 쉽게 인지할 수 있게 된다. 도 5에는 본 발명에 따라 궤도틀림도를 측정하여 이를 2차원 평면으로 도시한 그래프도가 도시되어 있다. 도 5의 그래프도에서 가로축은 궤도검측 시점으로부터의 거리를 나타내고 세로축은 궤도틀림의 파장을 나타내며, 좌표에 도시된 것은, 궤도틀림도가 10 이상일 때를 임의로 정하여 등고선 형태로 표 시한 것이다. 따라서 도 4의 그래프도에서 등고선 형태가 표시된 부분을 통하여 기준 정도 이상의 궤도틀림도가 발생한 위치를 정확히 할 수 있을 뿐만 아니라, 그 궤도틀림의 주요 파장 범위가 어느 정도인지, 그리고 그 궤도틀림의 정도를 정확히 할 수 있게 된다. In practice, the section in which the rail tracks need to be repaired or reinforced will have a case where the value of track distortion exceeds the preset criteria. Therefore, if only the portion of the z-axis value, that is, the value of the orbital torsion value, is greater than or equal to the predetermined value in the orbital torsion graph visualized in a three-dimensional form, the section in which the orbital distortion degree that requires repair / reinforcement in the measurement section exists It's easy to recognize. Figure 5 is a graph showing a two-dimensional plane measured by measuring the degree of orbital distortion in accordance with the present invention. In the graph of FIG. 5, the horizontal axis represents the distance from the track detection point and the vertical axis represents the wavelength of the orbital distortion, and the coordinates are shown in the form of contours by arbitrarily determining when the orbital distortion degree is 10 or more. Therefore, not only can the position of orbital distortion more than a reference degree be precisely determined through the portion in which the contour line is shown in the graph of FIG. 4, but also the main wavelength range of the orbital distortion and the degree of the orbital distortion. You can do exactly that.

위와 같은 본 발며의 측정방법을 실행함에 있어서, 수학적 연산 및 그래프도로의 시각화는 컴퓨터를 이용한 공지의 기술을 이용하여 수행될 수 있는 바, 이에 대한 설명은 생략한다. In performing the measurement method of the present invention as described above, the mathematical operation and the visualization of the graph road can be performed using a known technique using a computer, a description thereof will be omitted.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 궤도검측 데이터를 이용하여 3차원 형식의 궤도틀림도를 측정할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하여 측정된 궤도틀림도를 이용하게 되면, 궤도틀림의 주요 파장과 발생위치, 그리고 그 정도를 동시에 알 수 있게 된다. As described above, in the present invention, the orbital distortion degree in the three-dimensional format can be measured using the track detection data. Therefore, by using the orbital distortion measured by the present invention, it is possible to know the main wavelength and the generation position of the orbital distortion and the degree at the same time.

종래의 경우, 열차의 운행 안전성과 승객의 승차감에 큰 영향을 주는 궤도틀림도를 측정하기 위해서는 수십 km~ 수백 km 에 이르는 철도 노선을 약 200m의 구간으로 나누어 검측하여야 하고, 200m 구간 단위로 궤도틀림의 평균과 표준편차만을 구하게 되어 실체열차의 운행안전성과 승차감에 직접적인 영향을 주는 궤도틀림의 파형을 확인하는 데는 매우 비효율적이었고 궤도틀림의 근본적인 발생원인을 파악하기는 불가능하였다. In the conventional case, in order to measure the track distortion degree, which greatly affects the driving safety of the train and the passenger comfort, the railroad lines ranging from tens of kilometers to hundreds of km should be detected by dividing the track into about 200m sections, and the track distortion in 200m sections. It was very inefficient to identify the waveform of track distortion that directly affects the driving safety and ride comfort of the real train, because it was possible to find only the mean and standard deviation of.

그러나 본 발명에서는 궤도틀림 검측구간을 작은 단위로 나누지 않고도 전체 검측구간에 대하여 궤도틀림도를 3차원 데이터 형식으로 연속하여 측정할 수 있다. 따라서 측정대상 철도궤도에 발생한 궤도틀림의 주요 파장과 그 발생위치를 동시에 알 수 있으므로 궤도틀림 발생원인과 궤도틀림 파장을 비교하여 궤도틀림 발생원인의 정확한 파악이 가능하며, 정확한 궤도틀림 발생위치를 파악하여 유지보수 비용의 절감을 기할 수 있다. However, in the present invention, the orbital distortion degree can be continuously measured in three-dimensional data format for the entire detection interval without dividing the orbital distortion detection interval into small units. Therefore, it is possible to know the main wavelength of track distortion and the location of its occurrence in the rail track to be measured at the same time. Therefore, it is possible to accurately identify the cause of track distortion by comparing the cause of track distortion and the wavelength of track distortion. The maintenance cost can be reduced.

또한, 본 발명에 따른 측정방법은 컴퓨터를 이용한 자동화가 가능하므로 현재 궤도 검측을 위해 현장에 투입되고 있는 궤도 검측차량에 탑재하여 검측과 동시에 궤도틀림의 발생여부와 발생위치를 파악할 수 있어 검측과 선로보선이 동시에 이루어질 수 있으며 전문가가 아닌 누가 보더라도 단말기를 보는 것만으로 궤도틀림의 진전도와 보선 여부를 결정할 수 있게 된다.In addition, since the measuring method according to the present invention can be automated using a computer, it can be mounted on a track detecting vehicle currently being put into the field for track detection, and can detect the occurrence and location of track distortion at the same time as the detection and track. Lines can be made at the same time, and anyone who is not an expert can determine the progress of orbit and the line just by looking at the terminal.

Claims (3)

철도궤도를 검측하여 구해지는 궤도틀림 데이터를 처리하여 궤도틀림도를 측정하는 방법으로서, As a method of measuring track distortion by processing track distortion data obtained by detecting railroad tracks, 측정대상 철도선로의 궤도에 대하여 궤도검측을 시행하여 궤도검측 데이터를 측정하는 단계; Measuring track detection data by performing track detection on the track of the measurement railroad line; 궤도검측 데이터로부터, 측정 개시 시점부터의 거리에 따른 각각의 측정된 궤도검측 데이터 값의 파형을 나타내는 측정 개시 시점으로부터의 거리(t)의 함수 fn(t)를 구하는 단계; Obtaining, from the trajectory detection data, a function fn (t) of the distance t from the measurement start time point representing the waveform of each measured trajectory detection data value according to the distance from the start time of the measurement; 상기 함수 fn(t)를 하기의 수학식 1에서 함수 f(t) 대신에 대입하여 변환함으로써 압축계수 a와 전이계수 b의 함수인
Figure 112006038598856-pat00029
를 구하는 단계; Substituting the function fn (t) in place of the function f (t) in Equation 1 below, the function of the compression coefficient a and the transition coefficient b
Figure 112006038598856-pat00029
Obtaining a; 상기 함수
Figure 112006038598856-pat00030
에 압축계수 a 및 전이계수 b를 입력하여 그 계산값을 구함으로써 궤도틀림도를 산정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도궤도의 궤도틀림도 측정방법.The function
Figure 112006038598856-pat00030
Calculating a track twist degree by inputting a compression coefficient a and a transition coefficient b into the calculated value and calculating a calculated value thereof. (수학식 1) (Equation 1)
Figure 112006038598856-pat00031
Figure 112006038598856-pat00031
 (상기 수학식 1에서 a는 압축계수이며, b는 전이계수이다. 상기 수학식 1에 서 함수
Figure 112006038598856-pat00032
는 "모를레 웨이브렛"이라고 하며
Figure 112006038598856-pat00033
으로 정의된다. 여기서
Figure 112006038598856-pat00034
는 모를레 웨이브렛의 고유주파수로서
Figure 112006038598856-pat00035
이다)In Formula 1, a is a compression coefficient and b is a transition coefficient.
Figure 112006038598856-pat00032
Is called the "Mole Wavelet"
Figure 112006038598856-pat00033
Is defined. here
Figure 112006038598856-pat00034
Is the natural frequency of the Molle wavelet.
Figure 112006038598856-pat00035
to be) 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 궤도틀림도를 산정하는 단계는,Computing the orbital distortion degree, 측정하고자 하는 궤도틀림의 목표 파장 범위를 정하는 단계; 및Determining a target wavelength range of orbital distortion to be measured; And 모를레 웨이브렛의 고유주파수
Figure 112006038598856-pat00036
를 상기 압축계수 a로 나눈 값이 상기 궤도틀림의 목표 파장 범위의 상한과 하한의 범위에 있도록, 압축계수 a 값을 연속적으로 변화시키고, 그와 동시에 전이계수 b를 0부터 총 검측구간의 거리 L까지의 구간에서 연속적으로 변화시키면서 해당 철도궤도에 대한 함수
Figure 112006038598856-pat00037
의 값인 3차원 형식의 궤도틀림도를 계산하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도궤도의 궤도틀림도 측정방법.Natural Frequency of Morle Wavelet
Figure 112006038598856-pat00036
The compression coefficient a is continuously changed so that the value divided by the compression coefficient a is within the upper and lower limits of the target wavelength range of the torsional distortion, and at the same time, the transition coefficient b is 0 to the total detection interval L. Function for the corresponding rail track while continuously changing in the interval up to
Figure 112006038598856-pat00037
Computing orbital distortion degree of the three-dimensional form that is the value of; track orbital distortion measuring method comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 궤도틀림도를 산정하는 단계 이후에, a 값을 y축으로 하고 b 값을 x축으로 하고, 계산된 궤도틀림도를 z축으로 하는 3차원 형태의 그래프를 이용하여 궤도틀림도를 표현하여 시각화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도궤도의 궤도틀림도 측정방법.After calculating the orbital distortion degree, the orbital distortion degree is represented by using a three-dimensional graph in which a value is y-axis, b value is x-axis, and the calculated orbital distortion degree is z-axis. Visualizing the track distortion degree of the railway track further comprising a.
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