KR100967062B1 - 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법 - Google Patents

철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도 레일의 변형을 감시하여 열차 안전 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 레일 온도 및 변형률 측정 장치에서 감시 대상 레일의 측부에 밀착해서 설치되는 온도 센서 및 와이어 센서를 통해 레일의 온도 및 변형률을 측정하고, 측정된 레일의 온도 데이터 및 변형률 데이터를 원격지 감시 장치로 무선 송신하며, 레일 온도 및 변형률 측정 장치에서 송신한 온도 데이터 및 변형률 데이터를 수신한 원격지 감시 장치에서는 수신한 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시하여, 감시 결과 레일에 변형이 발생한 경우에는 이를 관리자에게 통보함으로써, 레일 변형이 발생한 레일 구간에 열차가 진입하는 것을 방지하도록 구성된다.
이에 따라, 본 발명은 철도 레일에 발생한 변형에 대해 신속하게 대처할 수 있게 되므로, 레일 변형에 의한 열차 탈선 사고 등을 미연에 방지할 수 있게 된다.
Figure R1020080058329
레일 변형, 온도 센서, 와이어 센서, 도르레, 변형률

Description

철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING MODIFICATION OF RAIL}
본 발명은 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 철도 레일의 변형을 감시하여 열차 안전 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.
철도를 개설하는 경우, 지반의 다짐 작업을 실시하고, 다짐 작업한 상면에 골재층을 적층하며, 골재층의 상부에 받침목을 설치한 후 그 상부에 레일을 설치하게 된다.
그러나, 전술한 바와 같이 개설되는 철도가 연약 지반 위에 설치되어 지반이 침하하거나, 집중 호우 등으로 인하여 지반이 침하하는 경우에는, 레일 변형이 발생하게 되어, 열차 탈선 등과 같은 사고를 초래하게 된다.
또한, 온도 변화에 따라 철도 레일에 변형이 발생할 수 있으며, 이러한 철도 레일의 온도에 따른 변형도 열차의 안전 운행에 방해 요소로 작용할 수 있게 된다.
이에 따라, 레일 변형이 발생한 구간을 미리 파악하여 열차가 레일 변형이 발생한 구간에 진입하지 못하도록 해야 하는 데, 종래에는 관리자가 레일 설치 장소에 직접 나가서 육안 등으로 레일 변형 구간을 파악하므로, 레일 변형의 발생을 실시간적으로 파악할 수 없게 되고, 이로 인해 레일 변형에 대한 신속한 대책 마련이 불가능하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 철도 레일에 와이어 센서 및 온도 센서를 설치하고, 설치된 와이어 센서 및 온도 센서를 통해 측정되는 값에 의거하여 철도 레일에 발생한 변형을 실시간적으로 감시함으로써, 철도 레일에 발생한 변형에 대해 신속하게 대처할 수 있도록 하는 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일의 변형 감시 시스템은, 감시 대상 레일의 측부에 밀착해서 설치되는 온도 센서 및 와이어 센서를 통해 레일의 온도 및 변형률을 측정하고, 측정된 온도 데이터 및 변형률 데이터를 무선 송신하는 레일 온도 및 변형률 측정 장치와; 무선 통신을 통해 상기 레일 온도 및 변형률 측정 장치로부터 수신한 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시하는 원격지 감시 장치를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 레일 온도 및 변형률 측정 장치는, 감시 대상 레일의 측부에 밀착해서 설치되어 레일의 온도를 측정하는 온도 센서와; 상기 온도 센서와 함께 상기 레일의 측부에 밀착해서 설치되어 레일의 변형률을 측정하는 와이어 센서와; 상기 온도 센서와 와이어 센서에 연결되어, 상기 온도 센서에서 측정한 온도 데이 터와 상기 와이어 센서에서 측정한 변형률 데이터를 인가받아 임시 저장하는 메모리부와; 상기 메모리부에 저장된 온도 데이터와 변형률 데이터를 주기적으로 원격지 감시 장치에 전송하는 무선 송신부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 레일 온도 및 변형률 측정 장치는, 상기 레일의 일단 측부에 접하도록 설치되며, 상기 와이어 센서의 일단이 회전축에 연결되어 감기는 도르레를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 와이어 센서의 일단은 상기 레일의 일단 측부에 접하도록 설치된 도르레에 연결되어 감기고, 상기 와이어 센서의 타단은 상기 레일의 타단 끝단에 고정되도록 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 원격지 감시 장치는, 상기 레일 온도 및 변형률 측정 장치에서 무선 송신한 온도 데이터 및 변형률 데이터를 수신하는 무선 수신부와; 상기 무선 수신부를 통해 수신한 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시하고, 그 결과를 관리자에게 제공하는 레일 변형 감시부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일의 변형 감시 방법은, 레일 온도 및 변형률 측정 장치에서 감시 대상 레일의 측부에 밀착해서 설치되는 온도 센서 및 와이어 센서를 통해 레일의 온도 및 변형률을 측정하고, 측정된 레일의 온도 데이터 및 변형률 데이터를 원격지 감시 장치로 무선 송신하는 레일 온도 및 변형률 측정 과정과; 상기 원격지 감시 장치에서 상기 레일 온도 및 변형률 측정 장치로부터 수신한 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시하는 레일 변형 감시 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 레일 온도 및 변형률 측정 과정은, 감시 대상 레일의 측부에 밀착해서 설치된 온도 센서와 와이어 센서를 통해 레일의 온도 및 변형률을 측정하는 단계와; 상기 온도 센서와 와이어 센서를 통해 측정한 레일의 온도 데이터와 변형률 데이터를 취합하여 무선 데이터 신호로 변환한 후, 주기적으로 상기 원격지 감시 장치로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 레일 변형 감시 과정은, 상기 레일 온도 및 변형률 측정 장치로부터 무선 수신한 레일의 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시하는 단계와; 상기 감시 결과 레일에 변형이 발생한 경우에는 변형이 발생한 레일 구간에 열차가 진입하지 못하도록 이를 관리자에게 통보하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법에 따르면, 철도 레일에 와이어 센서 및 온도 센서를 설치하고, 설치된 와이어 센서 및 온도 센서를 통해 측정된 값에 의거하여 철도 레일에 변형이 발생했는 지의 여부를 실시간적으로 파악할 수 있게 되고, 이로 인해, 철도 레일에 발생한 변형에 대해 신속하게 대처할 수 있게 되므로, 레일 변형에 의한 열차 탈선 사고 등을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일의 변형 감시 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도로, 레일(1)의 온도 및 변형률을 측정하는 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)와, 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)에서 측정된 레일(1)의 온도 및 변형률에 의거하여 레일(1)에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시하는 원격지 감시 장치(200)를 포함하여 이루어진다.
전술한, 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)는 감시 대상 레일(1)에 설치되되, 일정 간격으로 다수 설치되며, 각각의 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)에는 설치 위치를 구분하기 위한 식별 정보가 할당되어 있다.
이와 같은, 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)는 온도 센서(110), 와이어 센서(120), 도르레(130), 메모리부(140), 무선 송신부(150), 전원 공급부(160)를 구비하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 온도 센서(110)는 감시 대상인 레일(1)의 측부에 밀착해서 설치되어 레일(1)의 온도를 측정한 후, 측정된 온도 데이터를 메모리부(140)로 전달한다.
이와 같은 온도 센서(110)는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도의 변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도 센서로 구현 되는 것이 바람직하다.
한편, 와이어 센서(120)는 온도 센서(110)와 함께 레일(1)의 측부에 밀착해서 설치되어 레일(1)의 변형률을 측정한 후, 측정된 변형률 데이터를 메모리부(140)로 전달한다.
이와 같은 와이어 센서(120)는 텐션 와이어 센서(Tension Wire Sensor)로 구현되는 것이 바람직하다.
한편, 도르레(130)는 레일(1)의 일단 측부에 접하도록 고정 설치되며, 와이어 센서(120)의 일단이 연결되어 감기게 된다.
전술한 바와 같이, 와이어 센서(120)의 일단은 도르레(130)에 연결되어 감기고, 타단은 레일(1)의 타단 끝단에 고정되도록 설치된다.
이에 따라, 레일(1)에 변형이 발생하지 않은 상태에서 와이어 센서(120)의 일단이 연결되어 있는 도르레(130)를 돌려 와이어 센서(120)를 도르레(130)에 감으면, 와이어 센서(120)의 타단이 레일(1)의 타단에 고정되어 있으므로, 와이어 센서(120)가 수평을 유지하며 팽팽해 지게 된다.
그러나, 지반의 침하 등으로 인하여 도 2에 도시하는 바와 같이 레일(1)이 아래로 휘게 되면, 레일(1)의 측부에 설치된 와이어 센서(120)도 레일(1)과 함께 휘면서, 도르레(130)에 감겨 있는 와이어 센서(120)가 풀리게 되어, 팽팽함을 유지하지 못하게 된다.
한편, 메모리부(140)는 온도 센서(110)와 와이어 센서(120)에 연결되어, 온도 센서(110)에서 측정한 온도 데이터와 와이어 센서(120)에서 측정한 변형률 데이 터를 입력받아 임시 저장한다.
무선 송신부(150)는 메모리부(140)에 저장되어 있는 온도 데이터 및 변형률 데이터를 무선 데이터 신호로 변환하여 주기적으로 원격지 감시 장치(200)로 무선 전송한다.
전술한 바와 같이, 온도 센서(110) 및 와이어 센서(120)를 통해 측정한 온도 데이터 및 변형률 데이터를 원격지 감시 장치(200)로 전송할 때, 해당 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)에 할당되어 있는 식별 정보를 함께 전송한다.
전원 공급부(160)는 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)에서 필요로 하는 동작 전원을 공급한다. 여기서, 전원 공급부(160)는 태양광 발전기 또는 배터리 등으로 구현될 수 있다.
한편, 원격지 감시 장치(200)는 무선 수신부(210), 레일 변형 감시부(220), 통보부(230), 전원 공급부(240)를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 무선 수신부(210)는 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)의 무선 송신부(150)에서 송신한 레일(1)의 온도 데이터 및 변형률 데이터를 수신한다.
레일 변형 감시부(220)는 무산 수신부(210)를 통해 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)로부터 수신한 레일(1)의 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일(1)에 변형이 발행했는 지의 여부를 감시하고, 감시 결과, 레일(1)에 변형이 발생한 경우를 관리자에게 레일(1)에 변형이 발생했음을 통보부(230)를 통해 통보한다.
전술한 바와 같이, 레일(1)에 변형이 발생한 경우 관리자에게 레일(1)에 변형이 발생했음을 통보할 때, 온도 데이터 및 변형률 데이터와 함께 수신된 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)의 식별 정보에 의거하여 레일 변형이 발생한 위치를 함께 제공하는 것이 바람직하다.
통보부(230)는 레일 변형 감시부(220)의 제어하에 관리자에게 레일 변형을 통보한다. 이와 같은 통보부(230)는 레일 변형을 소리로 알리는 경보기, 레일 변형이 발생한 위치 등을 표시하는 디스플레이 등으로 구현될 수 있다.
전원 공급부(240)는 원격지 감시 장치(200)에서 필요로 하는 동작 전원을 공급한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일의 변형 감시 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)는 레일(1)의 측부에 밀착해서 설치된 온도 센서(110) 및 와이어 센서(120)를 통해 레일(1)의 온도 및 변형률을 측정하고(S10), 온도 센서(110)와 와이어 센서(120)를 통해 측정한 레일(1)의 온도와 변형률에 대한 데이터를 취합하여 무선 데이터 신호로 변환한 후, 무선 송신부(150)를 통해 주기적으로 원격지 감시 장치(200)로 전송한다(S12).
상기한 과정 S12를 통해 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)가 무선 전송한 레일(1)의 온도와 변형률에 대한 데이터는 원격지 감시 장치(200)의 무선 수신부(210)에서 수신하게 된다(S14).
이후, 원격지 감시 장치(200)는 레일 변형 감시부(220)는 무선 수신부(210) 를 통해 수신한 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일(1)에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시한다(S16).
상기한 과정 S16에서 레일 변형 감시부(220)는 수신한 온도 및 변형률 데이터가 기준 수치에 속하는지 아니면 기준 수치를 벗어나는 지를 확인하여 레일(1)에 변형이 발생했는 지의 여부를 감시하게 된다.
상기한 과정 S16의 감시결과 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)로부터 수신한 온도 및 변형률 데이터가 기준 수치에 속하는 경우, 즉 레일(1)에 변형이 발생하지 않은 경우에는 레일(1)에 변형이 발생하지 않은 정상 상태임을 관리자에게 통보하고(S18, S20), 감시결과 레일 온도 및 변형률 측정 장치(100)로부터 수신한 온도 및 변형률 데이터가 기준 수치를 벗어나는 경우, 즉 레일(1)에 변형이 발생한 경우에는 변형이 발생한 레일(1)에 열차가 진입하지 못하도록 레일(1)에 변형이 발생했음을 관리자에게 통보한다(S18, S22).
본 발명의 철도 레일의 변형 감시 시스템 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일의 변형 감시 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 레일에 변형이 발생한 경우를 예시적으로 보인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일의 변형 감시 방법을 설명하기 위한 처리도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1. 레일, 100. 레일 온도 및 변형률 측정 장치,
110. 온도 센서, 120. 와이어 센서,
130. 도르레, 140. 메모리부,
150. 무선 송신부, 160. 전원 공급부,
200. 원격지 감시 장치, 210. 무선 수신부,
220. 레일 변형 감시부, 230. 전원 공급부

Claims (8)

  1. 감시 대상 레일의 측부에 설치되어 상기 레일의 온도를 측정하는 온도 센서; 회전축을 가지며 상기 레일의 측부에 밀착해서 설치되는 도르레; 상기 레일 변형이 발생하지 않은 상태에서는 수평하고 팽팽한 상태를 유지하고 레일 변형이 발생하면 팽팽한 상태를 유지되지 못하도록, 일단이 상기 도르레의 회전축에 감기고 타단은 상기 레일의 타측에 고정되어, 상기 온도 센서와 함께 상기 레일의 측부에 밀착해서 설치됨으로써, 상기 레일의 변형률을 측정하는 와이어 센서; 상기 온도 센서와 와이어 센서에 연결되어, 상기 온도 센서에서 측정한 온도 데이터와 상기 와이어 센서에서 측정한 변형률 데이터를 인가받아 임시 저장하는 메모리부; 및 상기 메모리부에 저장된 온도 데이터, 변형률 데이터, 및 할당되어 있는 장치 식별 정보를 주기적으로 원격지 감시 장치에 무선 전송하는 무선 송신부를 포함하여 구성되고, 상기 와이어 센서는 레일에 복수개로 간격을 두고 설치되며 각각에는 식별 정보가 할당되어 있으며, 상기 온도 센서와 상기 와이어 센서를 통해 레일의 온도 및 변형률을 측정하고, 측정된 온도 데이터 및 변형률 데이터를 무선 송신하는 레일 온도 및 변형률 측정 장치와;
    상기 레일 온도 및 변형률 측정 장치에서 무선 송신한 온도 데이터 및 변형률 데이터를 수신하는 무선 수신부; 및 상기 무선 수신부를 통해 수신한 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일에 변형이 발생했는지의 여부를 감시하고, 그 결과를 관리자에게 제공하는 레일 변형 감시부를 포함하여 구성되는 원격지 감시 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 레일의 변형 감시 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 감시 대상 레일의 측부에, 상기 레일의 온도를 측정하는 온도 센서를 설치하고; 회전축을 가지는 도르레를 상기 레일의 측부에 밀착해서 설치하며; 상기 레일의 변형률을 측정하는 와이어 센서가 상기 레일 변형이 발생하지 않은 상태에서는 수평하고 팽팽한 상태를 유지하고 레일 변형이 발생하면 팽팽한 상태를 유지되지 못하도록, 상기 와이어 센서의 일단을 상기 도르레의 회전축에 감고 타단은 상기 레일의 타측에 고정하여, 상기 와이어 센서를 상기 온도 센서와 함께 상기 레일의 측부에 밀착해서 설치하되; 상기 와이어 센서는 레일에 복수개가 간격을 두고 설치하며 각각에 대해서는 식별 정보를 할당하고; 상기 온도 센서와 와이어 센서에 연결되어 있는 메모리부를 통해, 상기 온도 센서에서 측정한 온도 데이터와 상기 와이어 센서에서 측정한 변형률 데이터를 인가받아 임시 저장하고, 무선 송신부에 의해 상기 메모리부에 저장된 온도 데이터, 변형률 데이터, 및 할당되어 있는 식별 정보를 주기적으로 원격지 감시 장치에 무선 전송하며;
    상기 원격지 감시 장치는, 무선 송신된 온도 데이터 및 변형률 데이터를 무선 수신부에 의해 무선 수신하고; 상기 무선 수신부를 통해 수신한 온도 데이터 및 변형률 데이터에 의거하여 레일에 변형이 발생했는지의 여부를 레일 변형 감시부에 의해 감시하고; 감시 결과 레일에 변형이 발생한 경우, 상기 레일 변형 감시부는 변형이 발생한 레일 구간에 열차가 진입하지 못하도록 감시 결과를 관리자에게 통보하는 것을 특징으로 하는 철도 레일의 변형 감시 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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