KR100998339B1 - 선로 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

선로 감시 시스템이 개시된다. 본 발명은, 감시 대상 선로의 전 영역을 스캔하면서 감지하는 레이저 레이더 센서유닛, 감시 대상 선로의 영상을 촬영하는 촬영유닛, 및 레이저 레이더 센서유닛 및 촬영유닛을 제어하는 현장 제어유닛을 포함하며, 현장 제어유닛은, 레이저 레이더 센서유닛으로부터의 감지 신호에 기초하여 감시 대상 선로에의 장애물 출현여부를 판단하며, 장애물 출현으로 판단한 경우에 비상 신호 및 촬영유닛의 영상을 열차 기관실 및 지역 상황실로 전송한다. 본 발명에 따르면, 레이저 레이더 센서를 이용하여 승강장 선로의 침입자 및 장애물을 검지하여 긴급 및 위급한 상황의 발생시 신속하고 정확하게 대처할 수 있도록 하여 인명과 재산피해를 최소화할 수 있게 된다.

레이저 레이더 센서, 선로 감시, 장애물, 열차

Description

선로 감시 시스템{Rail Watching System}

본 발명은 선로 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 승강장 선로의 장애물을 감지하여 인명과 재산피해를 최소화할 수 있도록 하는 선로 감시 시스템에 관한 것이다.

차량의 진입시 고의 또는 과실로 승강장 선로에 사람 또는 장애물이 진입할 경우 인명의 사상 및 차량 운행 지연 등으로 심각한 손해를 초래하게 된다. 최근 들어 지하철의 승강장(platform)에서의 정신이상자, 취객, 자살 기도자 등의 낙상(落傷)에 의한 인명사고, 출퇴근 혼잡 시간대에 옷이나 신체 일부가 열차의 출입문에 끼이는 사고, 승강장과 철도차량 사이의 틈에 승객의 일부가 빠지는 사고 등 철도 내의 안전사고는 더욱 빈번해지고 있어 철도분야에서 해결해야할 가장 시급한 문제로 떠오르고 있다.

이에 대해 승객의 선로 추락 사고를 사전에 차단하기 위해 승강장에 안전펜스를 설치하거나, 스크린도어(Platform Screen Door, PSD)라고 하는 이중 안전문을 설치하여 안전사고를 방지하려는 다수의 고안이 제시되어 있다. 그러나 안전펜스의 경우 안전펜스를 지나 승강장 선로측으로 언제든지 들어갈 수 있기 때문에 안전장 치로서의 역할을 더 이상 기대하기 어려웠고, 스크린 도어의 경우 모든 승강장에 설치하는 것은 막대한 비용이 들기 때문에 이용객이 많은 역이나 환승역에 우선적으로 설치 운영되고 있다.

특히 지상 승강장일 경우에는 주변 경관을 차단하여 승객들의 답답함을 가중시킬 수 있는 단점도 가지고 있다. 또한 열차가 승강장의 정위치에 정차하지 못할 경우 스크린도어의 개폐에 문제가 발생할 수 있고, 스크린 도어와 열차 사이의 틈에 인체나 물체가 끼였을 경우에 대한 처리방안이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 승강장 선로의 장애물을 감지하여 인명과 재산피해를 최소화할 수 있도록 하는 선로 감시 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선로 감시 시스템은, 감시 대상 선로의 전 영역을 스캔하면서 감지하는 3D 레이저 레이더 센서유닛; 비상신호가 발생한 경우에만 상기 감시 대상 선로의 영상을 촬영하는 촬영유닛; 및 상기 3D 레이저 레이더 센서유닛 및 상기 촬영유닛을 제어하되,
상기 3D 레이저 레이더 센서유닛으로부터의 감지 신호에 기초하여 상기 감시 대상 선로의 장애물 출현여부를 판단하며, 장애물 출현으로 판단한 경우에만 비상 신호 및 촬영유닛의 영상을 열차 기관실 및/또는 지역 상황실로 전송하는 현장 제어유닛;
상기 현장 제어유닛으로부터 비상신호를 수신한 경우에만 감시 대상 선로에 설치된 경보등이 동작되도록 제어하고, 감시 대상 선로를 통과하는 열차의 운행을 제어하는 지역 제어유닛;
기관사가 열차의 긴급제동을 결정할 수 있도록 비상신호 및 촬영신호의 영상을 열차 기관실로 전송하도록 제어하는 무선 송수신유닛;
상기 현장 제어유닛으로부터 비상 신호 및 촬영유닛의 영상을 수신하며, 현장 제어유닛 및 지역 제어유닛을 제어하는 통합 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지역 제어유닛은 현장 제어유닛으로부터 비상 신호를 수신한 경우에, 선로 제어장치를 통해 감시 대상 선로를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 레이저 레이더 센서를 이용하여 승강장 선로의 침입자 및 장애물을 검지하여 긴급 및 위급한 상황의 발생시 신속하고 정확하게 대처할 수 있도록 하여 인명과 재산피해를 최소화할 수 있게 된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 설치 및 유지관리 비용이 저렴하고 승강장의 특성에 구분됨이 없이 설치 가능한 선로 감시 시스템이 제공된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 선로 감시 시스템 중 현장 감시 센터의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 현장 감시 센터(100)는 레이저 레이더 센서(Raser Radar Sensor)유닛(120), 촬영유닛(130), 및 현장 제어유닛(150)을 포함한다.

먼저, 레이저 레이더 센서유닛(120)은 감시 대상 선로의 전 영역을 스캔하면서 감지하며, 감지신호를 현장 제어유닛(150)에 전송한다. 본 발명에서의 레이저 레이더 센서유닛(120)은 승강장의 길이에 따라 1개 또는 2개만을 설치하여 선로의 전 영역을 스캔하면서 장애물을 검지하는 방식으로 동작하며, 이와 같은 방식은 센서의 설치환경에 따른 사각지대 등의 문제점을 해소할 수 있을 뿐 아니라, 센서의 설치 개소가 적기 때문에, 선로 감시 시스템을 구현하고 운영하는 데 있어 경제성을 제공한다.

본 발명을 실시함에 있어서, 레이저 레이더 센서유닛(120)은 3D 레이저 레이더 센서를 사용하는 것이 바람직할 것이며, 이러한 경우에는 선로를 감시함에 있어서, 입체적으로 광범위한 영역을 검지할 수 있게 된다.

3D 레이저 레이더의 기본원리는 레이저 펄스(laser pulse)가 발사되어 어느 목표물에 부딪히면 에너지의 일부가 되돌아 나오는 반사파가 생기고 이 반사파를 수신, 검파하는 장비로 그 목표물에 대한 방위(bearing)를 알 수 있게 되는 원리이다.

즉, 전파를 목표물에 보내어 그 전파 에너지의 반사파를 수신하고 전파의 직진성과 정속성을 이용하여 그 왕복시간과 안테나의 지향특성에 의해 목표물의 위치(방위 및 거리)를 측정하는 원리인 것이다.

따라서 전파가 지상 안테나에서 전방향으로 발사되고 수신되는 것은 그 소요시간이 거리에 비례 하므로 목표물의 방위(bearing)로 위치확인과 동시에 거리도 알 수 있게 되며 이는 거리측정시설의 원리에도 이용되고 있다. 또 음의 전파와 같이 360도 전방향으로 회전하고 있는 레이더 안테나가 있다면 전파가 도달되는 지역은 그 지역내의 모든 목표물이 레이더 탐지권에 속하게 되는 것이다.

목표물에서의 반사파는 보강된 dot로 목표물의 표시를 스코프(SCOPE)상에 선명하게 나타내고 이 형태의 목표물 표시를 PPI(Plan Position Indicator)라고 한다. 이 측정원리를 이용하면 어두운 밤이나 안개 그리고 비와 같은 사람의 시계를 방해하는 환경에서도 주위의 지형이나 장애물을 뚜렷하게 관측할 수 있기 때문에 야간이나 악천후상에서도 눈으로 볼 수 없는 기상상태하에서 유용하게 활용될 수 있다.

레이저 레이더 센서유닛(120)은 매 초마다 2번씩 수평 및 수직방향의 전체 영영을 스캔하는 레이저 펄스를 만들기 위해 다각형(polygon)과 스윙거울(swing mirror)을 통해 레이저 펄스를 송출한다.

물체로부터 반사되어 돌아온 레이저 신호는 고감도 포토다이오드(photo diode)를 통해 고속으로 전기신호로 변환된다. 레이저 레이더 센서유닛(120)에 구비된 시간 간격 계수기(Time Interval Counter)는 포토다이오드에 의해 생성된 레이저 수신신호의 출력과 레이저 펄스를 송출하기 위한 트리거 신호사이의 시간 간격에 기초하여 물체와의 거리를 측정한다.

본 발명을 실시함에 있어서는, 레이저의 발사 및 검출시간 사이에 발생한 펄스의 수를 세어 시간을 측정하는 방식인 시간 간격 계수(Time Interval Counting)방식이 사용될 수도 있지만, 레이저의 발사 및 검출 사건(event)이 발생한 시각(epoch time)을 기록한 후 두 시간 차이를 구하여 시간을 측정하는 방식인 사건 발생 시간 측정기(Epoch Event Timer) 방식을 사용할 수도 있을 것이다.

후자의 방식은 전자의 방식과는 달리 카운팅(Counting)의 한계가 없고, 측정의 한계 및 카운트의 리셋에 소비되는 시간이 없어, 고 주파수 및 장거리 거리 측정기에 적합하다는 장점이 있다.

한편, 레이저 레이더 센서유닛(120)에 구비된 신호처리보드(signal processing board)는 다각형과 스윙거울의 모션을 제어하며, 3차원 공간 데이터를 측정하며, 측정된 3차원 공간데이터는 현장 제어유닛(150)으로 전송된다.

한편, 촬영유닛(130)은 감시 대상 선로의 영상을 촬영하여 현장 제어유닛(150)에 전송하며, 현장 제어유닛(150)은 기본적으로 원격제어방식으로 레이저 레이더 센서유닛(120), 및 촬영유닛(130)의 동작을 제어하며, 레이저 레이더 센서유닛(120)으로부터의 감지신호에 기초하여 감시 대상 선로에의 장애물 출현여부를 판단한다.

구체적으로 현장 제어유닛(150)은 레이저 레이더 센서유닛(120)으로부터 전송된 3차원 공간 데이터를 이용한 물체의 인식과정이 실행되고, 장애물인지 아닌지를 순간적으로 판단한다. 현장 제어유닛(150)은 장애물이 출현된 것으로 판단한 경우에 비상 신호를 감시 대상 선로의 촬영 영상과 함께 열차 기관실(200) 및 지역 상황실(300)에 전송한다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 촬영유닛(130)은 감시 대상 선로를 평상시에는 촬영하지 않는 상태에 있고, 현장 제어유닛(150)이 선로에 장애물이 출현된 것으로 판단한 경우에 현장 제어유닛(150)이 촬영유닛(130)을 제어함에 따라, 촬영유닛(130)이 감시 대상 선로의 영상을 촬영하여 현장 제어유닛(150)에 전송할 수도 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 선로 감시 시스템의 전체 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선로 감시 시스템은 현장 감시 센터(100), 열차 기관실(200), 지역 상황실(300), 및 통합 감시 센터(400)로 이루어져 있다.

먼저, 현장 감시 센터(100)는 레이저 레이더 센서유닛(120), 촬영유닛(130), 현장 제어유닛(150), 무선 송수신유닛(170), 통신 정합장치(110)를 포함하며, 레이저 레이더 센서유닛(120), 촬영유닛(130), 현장 제어유닛(150)의 기능 및 동작은 도 1을 참조하여 상술한 바와 같으며, 무선 송수신유닛(170)은 현장 제어유닛(150)으로부터의 비상 신호 및 촬영유닛(130)의 영상을 열차 기관실(200)로 무선 전송하는 기능을 수행하게 된다.

통신 정합장치(110)는 사용자의 요구에 맞게 다양한 통신 매체와의 연동을 담당하는 기능을 수행하며, 통신 정합장치(110)을 통해 현장 감시 센터(100)는 지역 상황실(300), 및 통합 감시 센터(400)와 망을 구축하여 실시간으로 승강장 및 건널목 상황 등을 연계하여 관리할 수 있게 된다.

한편, 열차 기관실(200)에는 무선 송수신유닛(270)이 구비되어 있으며, 무선 송수신유닛(270)을 통해 비상 신호의 수신을 확인한 기관사는 열차 기관실(200)에 구비되어 있는 모니터(290)를 통해 선로의 영상을 확인함으로써, 열차의 긴급 제동여부를 결정할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 기관사가 열차 기관실(200)에 설치된 모니터(290)를 통해 역사 수 km 전방에서 주행중인 선로주변의 상황을 한눈에 확인할 수 있어 기관사가 느끼는 심리적 불안감을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 투신자살이나 승객 부주의로 인한 추락사고 등의 승강장 안전사고에 능동적으로 대처할 수 있게 된다.

아울러, 열차 기관실(200)에 구비된 무선 송수신유닛(270)은 지역 상황실(300) 및 통합 감시 센터(400)로 열차의 현재 위치 및 속도정보 등을 전송하기도 한다.

한편, 지역 상황실(300)은 하나의 역사 또는 수개의 역사별로 설치되어 운영되며, 도 2에서와 같이 통신 정합장치(310), 경보등(330), 지역 제어유닛(350), 선로 제어장치(370), 모니터(390)를 구비한다.

지역 제어유닛(350)은 현장 감시 센터(100)에 설치되어 있는 현장 제어유닛(150)으로부터 통신 정합장치(310)를 통해 비상 신호를 수신한 경우에, 원격 제 어방식으로 감시 대상 선로에 설치된 경보등(330)을 동작시키거나, 감시 대상 선로를 통과할 예정에 있는 이후의 열차들의 운행을 제어하거나, 선로 제어장치(370)를 통해 감시 대상 선로를 변경하는 기능을 수행한다.

아울러, 지역 상황실(300)에 구비된 모니터(390)를 통해 상황실 관리자는 현장 감시 센터(100)의 촬영유닛(130)이 촬영한 현장의 선로 영상을 확인할 수도 있을 것이다.

한편, 통합 감시 센터(400)는 통신 정합장치(410), 통합 제어유닛(450), 경보등(430), 서버(470), 및 모니터(490)를 포함한다.

통합 제어유닛(450)은 통신 정합장치(410)를 통하여 모든 지역 상황실(300)로부터의 상황 정보 및 제어 정보와, 모든 현장 감시 센터(100)로부터의 비상 신호, 촬영 영상, 및 제어 정보를 수신하며, 통합 감시 센터(400)의 관리자는 통합 제어유닛(450)을 통해 필요에 따라 현장 제어유닛(150), 촬영유닛(130), 레이저 레이더 센서유닛(120) 및 지역 제어유닛(350)의 동작을 제어한다.

아울러, 통합 제어유닛(450)이 수신한 모든 데이터는 서버(470)에 저장 기록되며, 통합 제어유닛(450)은 통신 정합장치(410)를 통해 비상 신호를 수신한 경우에, 통합 감시 센터(400)에 설치되어 있는 경보등(430)을 동작시킬 수도 있을 것이다. 아울러, 통합 감시 센터(400)에 구비된 모니터(490)를 통해 관리자는 현장 감시 센터(100)의 촬영유닛(130)이 촬영한 현장의 선로 영상을 확인할 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 선로 감시 시스템의 전체 구조를 나타낸 도면이다. 도 3에서와 같이, 본 발명에 따른 선로 감시 시스템은 각 역구내의 플랫폼 및 건널목에 설치된 촬영유닛(130), 레이저 레이더 센서유닛(120), 현장 제어유닛(150)으로부터의 비상 신호 및 현장 정보가 통합 감시 센터(400)에서 통합적으로 수집되고, 통합 감시 센터(400)에서는 각 역구내에 설치된 현장 제어유닛(150), 촬영유닛(130), 레이저 레이더 센서유닛(120)을 제어할 수 있는 기능을 제공한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 선로 감시 시스템 중 현장 감시 센터의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 선로 감시 시스템의 전체 구성도, 및

도 3은 본 발명에 따른 선로 감시 시스템의 전체 구조를 나타낸 도면이다.

Claims (6)

1. 감시 대상 선로의 전 영역을 스캔하면서 감지하는 3D 레이저 레이더 센서유닛;

   비상신호가 발생한 경우에만 상기 감시 대상 선로의 영상을 촬영하는 촬영유닛; 및

   상기 3D 레이저 레이더 센서유닛 및 상기 촬영유닛을 제어하되,

   상기 3D 레이저 레이더 센서유닛으로부터의 감지 신호에 기초하여 상기 감시 대상 선로의 장애물 출현여부를 판단하며, 장애물 출현으로 판단한 경우에만 비상 신호 및 촬영유닛의 영상을 열차 기관실 및/또는 지역 상황실로 전송하는 현장 제어유닛;

   상기 현장 제어유닛으로부터 비상신호를 수신한 경우에만 감시 대상 선로에 설치된 경보등이 동작되도록 제어하고, 감시 대상 선로를 통과하는 열차의 운행을 제어하는 지역 제어유닛;

   기관사가 열차의 긴급제동을 결정할 수 있도록 비상신호 및 촬영신호의 영상을 열차 기관실로 전송하도록 제어하는 무선 송수신유닛;

   상기 현장 제어유닛으로부터 비상 신호 및 촬영유닛의 영상을 수신하며, 현장 제어유닛 및 지역 제어유닛을 제어하는 통합 제어유닛;을 포함하는 선로 감시 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 지역 제어유닛은 현장 제어유닛으로부터 비상 신호를 수신한 경우에, 선로 제어장치를 통해 감시 대상 선로를 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선로 감시시스템.
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