KR101215730B1 - 기관차 무인운전 자동화 시스템 - Google Patents

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KR101215730B1 KR1020110077946A KR20110077946A KR101215730B1 KR 101215730 B1 KR101215730 B1 KR 101215730B1 KR 1020110077946 A KR1020110077946 A KR 1020110077946A KR 20110077946 A KR20110077946 A KR 20110077946A KR 101215730 B1 KR101215730 B1 KR 101215730B1
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Abstract

본 발명은 기관차 무인운전 자동화 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템은 철로를 운행하는 기관차와; 무선통신 방식의 데이터포트를 이용하여 상기 기관차와 정보를 송수신하며, 상기 기관차로부터 수신된 위치정보 및 속도정보에 기초하여 상기 기관차의 운행에 필요한 상기 철로의 포인트정보와 폐색정보를 송신하여 상기 기관차의 운행을 제어하는 송수신장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 원격에서 기관차를 제어함으로써 무인운전이 가능하게 할 수 있으며, 별도의 기지국 없이도 중앙관제소와 기관차가 정보를 송수신함으로써 기관차 운전에 필요한 비용을 절감할 수 있고, 기관차의 운전에 필요한 유지보수비용을 최소화할 수 있다.

Description

기관차 무인운전 자동화 시스템 { LOCOMOTIVE UNMANNED DRIVE AUTOMATION SYSTEM }
본 발명은 기관차 무인운전 자동화 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 원격의 송수신장치를 이용하여 기관차의 운전을 제어하는 기관차 무인운전 자동화 시스템에 관한 것이다.
종래 기관차를 운전하는 방법은 신호기에 현시되는 신호에 따라 기관사가 기관차를 직접 조작하는 방법이다. 필요에 따라 중앙관제소에서 선로전환기를 조작하여 기관사의 운전을 보조하기도 하지만, 이러한 종래의 방법은 기관사의 주변상황에 대한 인식이나 판단에 전적으로 의존하기 때문에 사고가 발생할 우려가 있다.
그리하여, 최근에는 기관차 차내에 경보장치를 설치하거나 비상상황을 감지하여 기관차를 자동으로 정지시키는 장치가 개발되어 활용되고 있는 실정이다.
그런데, 이러한 보조수단에도 불구하고 사고의 발생 가능성은 여전히 존재하며, 현실적으로 기관차를 운전하는 기관사들의 교대근무를 하기 때문에 작업대기시간이 증가하여 인건비가 상승하는 문제가 있다.
또한, 선로에 설치되어 있는 각종 설비의 유지보수에 많은 시간과 비용이 필요하고, 장애가 발생하는 경우 이를 복구하는 데에도 많은 시간이 걸리는 문제도 있다.
따라서, 본 발명은 원격에서 기관차를 제어함으로써 무인운전이 가능한 기관차 무인운전 자동화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 별도의 기지국 없이도 중앙관제소와 기관차가 정보를 송수신함으로써 기관차 운전에 필요한 비용을 절감할 수 있는 기관차 무인운전 자동화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 기관차의 운전에 필요한 유지보수비용을 최소화할 수 있는 기관차 무인운전 자동화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 철로를 운행하는 기관차와; 무선통신 방식의 데이터포트를 이용하여 상기 기관차와 정보를 송수신하며, 상기 기관차로부터 수신된 위치정보 및 속도정보에 기초하여 상기 기관차의 운행에 필요한 상기 철로의 포인트정보와 폐색정보를 송신하여 상기 기관차의 운행을 제어하는 송수신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기관차 운전 자동화 시스템에 의해 달성된다.
상기 기관차는 상기 송수신장치로부터 기설정된 시간 이상 명령이 수신되지 않는 경우 자동으로 정지할 수 있다.
상기 송수신장치는 무선랜(Wireless LAN) 또는 TRS(Trunked Radio System)를 이용하는 무전기를 포함할 수 있다.
상기 기관차는, 주변상황 또는 신호를 감지하는 감지부를 포함하고; 상기 감지된 주변상황에 대한 정보 또는 상기 신호에 대한 정보를 상기 송수신장치로 송신할 수 있다.
상기 기관차는, 상기 송수신장치로부터 경보명령이 수신되는 경우 경보신호를 발생시키는 경보발생부를 포함할 수 있다.
상기 기관차는, 상기 기관차의 운행에 필요한 정보를 저장하는 저장부와; 상기 송수신장치로부터 수신된 제어명령에 따라 상기 기관차의 운행을 제어하는 제1제어부를 포함할 수 있다.
상기 저장부는 상기 기관차 내부 또는 외부의 환경정보 및 상기 송수신장치 주변의 환경정보 중 적어도 어느 하나를 저장하고, 상기 제1제어부는 상기 송수신장치 주변의 환경정보와 기저장된 환경정보와의 편차가 기설정된 편차 이상인 경우 상기 기관차가 정지하도록 제어할 수 있다.
상기 송수신장치는 상기 기관차가 현재 운행하고 있는 철로에서 허용되는 최대 지정속도 이하의 속도로 상기 기관차가 주행할 수 있도록 제어할 수 있다.
상기 송수신장치는 상기 기관차가 복수 대 운행하는 것으로 판단되는 경우, 상기 기관차 간의 운행정보를 상호 교환하여 최소 제동거리를 확보하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템에 의하면, 원격에서 기관차를 제어함으로써 무인운전이 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템에 의하면, 별도의 기지국 없이도 중앙관제소와 기관차가 정보를 송수신함으로써 기관차 운전에 필요한 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템에 의하면, 기관차의 운전에 필요한 유지보수비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기관차의 구성을 도시한 블록도이며,
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기관차의 구성을 도시한 블록도이며,
도 4는 본 발명에 따른 송수신장치의 구성을 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기관차 운전 자동화 시스템은 철로(R)를 운행하는 기관차(10)와, 기관차의 운행을 제어하는 송수신장치(20)로 구성된다.
기관차(10)는 하나의 작업장에서 다른 작업장으로 정해진 철로(R) 위를 운행한다. 기관차(10)는 송수신장치(20)로부터 수신한 명령에 따라 운행이 제어되지만, 기본적인 운전과 정지명령은 기관차(10) 내에서 실행할 수 있다.
기관차(10)에는 송수신장치(20)로부터 명령을 수신하기 위해 송수신장치(20)와 동일한 통신규격을 가지는 통신부가 마련되며, 수신된 명령을 실행하여 기관차를 운행하는 마이컴도 구성된다. 여기서, 기관차(10)와 송수신장치(20)에 마련되는 통신장비로는 무선랜(Wireless LAN) 또는 TRS(Trunked Radio System)를 이용하는 것이 바람직하다.
TRS는 한정된 공간 내에 할당된 소수의 주파수를 사용하는 여러 사용자가 있기 때문에, 중앙관제소가 별도의 기지국 없이도 복수 개의 기관차를 손쉽게 제어할 수 있다. 이로써, 경제성과 통신방식의 신뢰도도 높일 수 있는 장점을 가진다.
한편, 기관차(10)에는 작업장에 필요한 화물을 적재하는 적재공간(미도시)도 마련된다.
송수신장치(20)는 데이터포트를 이용하여 기관차(10)와 정보를 송수신하며, 기관차(10)로부터 수신된 위치정보 및 속도정보에 기초하여 기관차(10)의 운행에 필요한 철로(R)의 포인트정보와 폐색정보와 경보정보를 송신하여 기관차(10)의 운행을 제어한다. 본 발명에 따른 송수신장치(20)는 기관차(10)로부터 수신된 기관차(10)의 위치정보 및 속도정보에 기초하여 기관차(10)의 전반적인 운행을 제어하며, 송수신장치(20)는 기관차(10)의 운행을 관제하는 중앙관제소에 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 송수신장치(20)를 통해 기관차(10)로 송신되는 명령은 포인트 제어명령과, 폐색 제어명령과, 경보 제어명령을 포함한다. 여기서, 포인트 제어명령은 기관차(10)가 운행하는 철로(R)에 분기가 존재하는 경우 기관차(10)가 운행해야 할 방향으로 기관차(10)가 운행할 수 있도록 철로(R)의 분기포인트를 제어하는 명령이다.
그리고, 폐색 제어명령은 미리 설정된 철로구간 내에 다른 기관차가 존재하는 경우 해당 철로구간에 기관차(10)의 진입을 허용하지 않도록 제어하는 명령이다.
경보 제어명령은 철로(R)에 존재하는 건널목 또는 기관차(10)의 주변에 장애물이 존재하는 것으로 감지되는 경우 경보음을 발생시키기 위한 명령이다. 송수신장치(20)로부터 경보 제어명령이 송신되기 위해서는 후술하는 바와 같이, 기관차(10)의 주변을 감지하기 위한 감지부(12)가 기관차(10) 내에 마련되는 것이 바람직하며, 경보음을 발생시키기 위한 경보발생부도 기관차(10) 내에 존재하여야 한다. 여기서, 경보발생부는 기관차(10)의 운행을 보행자 등에게 시각적으로 알리기 위한 발광부의 형태로 구현되는 것도 가능하다.
위와 같은 제어명령이 수행되기 위해서는 기관차(10)의 현재 위치정보 및 속도정보 뿐만 아니라, 기관차(10)가 현재 운행하고 있는 철로(R)에 대한 정보도 기관차(10)로부터 송수신장치(20)로 송신되어야 한다. 이를 통해 별도의 차상설비 및 지상설비 없이도 송수신장치(20)를 이용한 기관차(10)의 기본적인 운행을 제어함과 동시에 기관차(10)가 현재 운행하고 있는 철로(R)에서 허용되는 최대 지정속도 이하의 속도로 기관차(10)가 주행할 수 있도록 자동적으로 제어하는 것이 가능하며, 기관차(10) 간의 운행정보를 상호 교환하여 최소 제동거리를 자동적으로 확보하는 것도 가능하다.
종래의 기관차의 경우 위와 같은 무인운전을 위해서는 ATO(Automatic Train Operation), ATC(Automatic Train Control), ATS(Automatic Train Stop), ATP(Automatic Train Protection) 등의 설비가 필요하다. 이러한 설비는 중앙관제소에 마련되는 지상설비와 기관차에 마련되는 차상설비로 나누어져 있으며, 이러한 설비의 유지보수 등에 많은 인력과 비용이 필요하지만 본 발명에 따른 기관차 무인운전 자동화 시스템(100)에 의하면 중앙관제소에서 송수신장치(20)를 이용하여 기관차(10)를 간단하면서도 세밀하게 제어할 수 있기 때문에 위와 같은 자동화 설비를 대체할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기관차(10)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기관차(10)는 제1통신부(11)와, 감지부(12)와, 제1제어부(13)를 포함한다.
제1통신부(11)는 송수신장치(20)와 정보를 송수신한다. 상술한 바와 같이, 제1통신부(11)는 송수신장치(20)와 동일한 통신규격을 가지며 무선랜 또는 TRS에 의해 통신을 수행하는 것이 바람직하다. 제1통신부(11)를 통해 송수신장치(20)로 송신되는 정보는 기관차(10)의 위치정보 및 속도정보와 같은 기본적인 정보 뿐만 아니라, 기관차(10)의 내부 및 외부 환경정보와, 기관차(10)가 현재 운행하고 있는 철로(R)에 대한 정보도 포함된다.
감지부(12)는 기관차(10)의 전방 또는 후방 등에 마련되어 기관차(10) 주변의 장애물, 건널목 등을 감지하거나 선행 또는 후행 기관차와의 거리 등을 감지한다. 감지부(12)에 의해 감지된 정보는 제1통신부(11)를 통해 송수신장치(20)로 송신된다. 한편, 감지부(12)는 철로(R) 주변에 마련된 신호기의 신호를 감지하여 이를 제1제어부(13)에 전달하고, 제1제어부(13)는 감지된 신호정보를 송수신장치(20)로 송신하도록 제1통신부(11)를 제어할 수 있다. 송수신장치(20)는 해당 신호 또는 선행 또는 후행 기관차와의 거리에 대한 정보를 수신한 후 이에 필요한 제어명령을 다시 기관차(10)로 송신함으로써, 기관차(10)가 각 상황에 따라 적절한 운행을 할 수 있도록 제어할 수 있다.
제1제어부(13)는 제1통신부(11)에 의해 수신된 제어명령에 따라 기관차(10)의 전반적인 운행을 제어한다. 본 발명에 따른 제1제어부(13)는 마이컴 및 이를 구동하기 위한 소프트웨어로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 제1제어부(13)는 기설정된 시간 동안 제어명령이 송수신장치(20)로부터 수신되지 않는 경우, 기관차(10)와 송수신장치(20) 간의 통신상태에 오류가 있는 것으로 판단하여 자동으로 비상정지를 수행한다. 이로써, 통신상태의 오류에 따른 기관차(10)의 오동작을 피할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기관차(10')의 구성을 도시한 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기관차(10')는 경보발생부(14)와, 저장부(15)를 더 포함한다.
경보발생부(14)는 송수신장치(20)로부터 수신된 경보 제어명령에 기초하여 경보음을 발생시킨다. 본 발명에 따른 경보발생부(14)는 경보음을 출력하는 대신 시각적인 경보효과를 제공할 수 있도록 발광장치가 내장되는 것도 가능하다.
저장부(15)는 기관차(10')의 운행에 필요한 정보를 저장한다. 저장부(15)는 기관차(10')의 운행경로 및 운행시간 등에 대한 정보를 테이블의 형태로 저장하여 기관차(10')의 운행패턴을 중앙관제소 측에서 쉽게 파악하도록 할 수 있다.
또한, 저장부(15)는 기관차(10') 내부 또는 외부의 환경정보를 저장할 수 있다. 환경정보에는 온도와 습도 및 밝기 뿐만 아니라 철로(R) 주변의 장애물 또는 보행자의 존재여부 등에 대한 정보를 포함한다. 그리고, 송수신장치(20) 주변의 환경정보도 저장함으로써, 송수신장치(20) 주변 또는 중앙관제소 측의 환경이 기저장된 환경과 상이하다고 판단되는 경우, 예를 들어 밝기가 기설정된 밝기보다 낮거나 온도가 기설정된 온도보다 높은 경우 송수신장치(20)의 오작동을 방지하기 위해 송수신장치(20)로부터 송신된 명령에도 불구하고 기관차(10')가 비상정지하도록 할 수 있다. 본 발명에 따른 저장부(15)는 휘발성 또는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다.
그리고, 도면에는 도시되지 않았지만 본 발명에 따른 기관차(10)는 GPS 모듈이 포함되어 위성으로부터 수신된 GPS정보에 포함된 위치 및 시간정보에 기초하여 산출된 기관차(10)의 절대위치를 제1통신부(11)를 통해 송수신장치(20)로부터 송신하는 것이 가능하다.
또한, 기관차(10)의 전방과 후방에는 카메라(미도시)가 부착될 수 있다. 카메라에 의해 촬상된 영상은 기관차(10)의 제1통신부(11)를 통해 실시간으로 송수신장치(20)로 전달되어 작업자가 원격에서도 기관차(10) 주변의 상태를 손쉽게 파악할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 송수신장치(20)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송수신장치(20)는 제2통신부(21)와, 입력부(22)와, 제2제어부(23)를 포함한다.
제2통신부(21)는 기관차(10)의 제1통신부(11)와 정보를 송수신한다. 본 발명에 따른 제2통신부(21)는 기관차(10)의 제1통신부(11)와 마찬가지로 무선랜 또는 TRS에 의해 통신을 수행하는 것이 바람직하다. 기관차(10)의 제1통신부(11)로부터 수신되는 정보는 기관차(10)의 위치 및 속도정보와, 기관차(10)의 GPS정보와, 기관차(10) 내부 및 외부의 환경정보를 포함한다.
입력부(22)는 중앙관제소의 작업자로부터 기관차의 제어를 위한 명령을 입력받는다. 본 발명에 따른 입력부(22)는 각종 버튼과 조이스틱 등을 포함한다. 본 발명에 따른 송수신장치(20)가 무전기로 구현되는 경우, 입력부(22)는 무전기에 마련된 버튼과 조이스틱 등으로 구현된다.
제2제어부(23)는 입력부(22)에 의해 입력된 기관차의 제어명령을 기관차(10)로 송신하며, 기관차(10)로부터 송신된 기관차(10)의 상태정보 또는 기관차(10) 주변의 영상정보를 수신하여 표시부(미도시)에 표시할 수 있다.
또한, 송수신장치(20)는 기관차(10)가 복수 대 운행하는 경우 각각의 기관차(10)에 ID를 할당함으로써, 하나의 송수신장치(20)를 이용하여 복수 대의 기관차(10)를 모두 제어할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
10 : 기관차 11 : 제1통신부
12 : 감지부 13 : 제1제어부
14 : 경보발생부 15 : 저장부
20 : 송수신장치 21 : 제2통신부
22 : 입력부 23 : 제2제어부
100 : 기관차 무인운전 자동화 시스템

Claims (10)

  1. 철로를 운행하는 기관차와;
    무선통신 방식의 데이터포트를 이용하여 상기 기관차와 정보를 송수신하며, 상기 기관차로부터 수신된 위치정보 및 속도정보에 기초하여 상기 기관차의 운행에 필요한 상기 철로의 포인트정보와 폐색정보를 송신하여 상기 기관차의 운행을 제어하는 송수신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송수신장치는 무선랜(Wireless LAN) 또는 TRS(Trunked Radio System)를 이용하는 무전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기관차는 상기 송수신장치로부터 기설정된 시간 이상 명령이 수신되지 않는 경우 자동으로 정지하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기관차는,
    주변상황 또는 신호를 감지하는 감지부를 포함하고;
    상기 감지된 주변상황에 대한 정보 또는 상기 신호에 대한 정보를 상기 송수신장치로 송신하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기관차는,
    상기 송수신장치로부터 경보명령이 수신되는 경우 경보신호를 발생시키는 경보발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기관차는,
    상기 기관차의 운행에 필요한 정보를 저장하는 저장부와;
    상기 송수신장치로부터 수신된 제어명령에 따라 상기 기관차의 운행을 제어하는 제1제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저장부는 상기 기관차 내부 또는 외부의 환경정보 및 상기 송수신장치 주변의 환경정보 중 적어도 어느 하나를 저장하고,
    상기 제1제어부는 상기 송수신장치 주변의 환경정보와 기저장된 환경정보와의 편차가 기설정된 편차 이상인 경우 상기 기관차가 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기관차의 전방과 후방 중 적어도 어느 하나에는 카메라가 부착되며,
    상기 카메라에 의해 촬상된 영상은 상기 송수신장치로 송신되는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 송수신장치는 상기 기관차가 현재 운행하고 있는 철로에서 허용되는 최대 지정속도 이하의 속도로 상기 기관차가 주행할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 송수신장치는, 상기 기관차가 복수 대 운행하는 것으로 판단되는 경우 상기 기관차 간의 운행정보를 상호 교환하여 최소 제동거리를 확보하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기관차 무인운전 자동화 시스템.
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KR20210057281A (ko) * 2019-11-11 2021-05-21 한국철도기술연구원 무 지상자 방식의 자동열차정지시스템
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