KR101228349B1 - 철도시설물 동기화 감시 시스템 - Google Patents

철도시설물 동기화 감시 시스템 Download PDF

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김태진
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Abstract

본 발명은 동일한 선로를 따라 이동하는 열차의 이동위치에 대한 정확한 계측으로, 열차에 설치되는 레이저 발생기, 3차원 좌표획득용 카메라, 열차의 진동 등을 계측하는 계측장치로 구성되는 감시장치를 이용하여 레일, 전차선 및 터널구조물의 계측데이터를 반복적으로 축적하여 그 데이터를 처리하고 동시에 그와 같은 철도시설물을 감시하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 열차에 구비되는 레이저 발생기(200), 상기 레이저 발생기와 연동되어 작동되며 철도시설물을 감시할 수 있고 계측하는 영상정보 데이터를 취득하는 카메라(100), 상기 레이저 발생기와 카메라로부터 취득된 영상정보 데이터를 이용하여 3차원 영상정보로 변환하는 3차원 영상정보 변환장치(110), 계측대상인 철도시설물의 위치를 파악하는 위치확인부(300), 상기한 레이저 발생기 또는/및 카메라의 가동명령을 발하는 신호처리장치(400), 상기한 영상정보 데이터, 3차원 영상정보 또는 위치확인부로부터 전송되는 데이터를 가공, 분석, 해석 또는 저장하는 종합데이터처리장치(500)로 구성된 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
또한 상기의 위치확인부는 열차의 움직임을 센싱하는 동적거동측정장치(310), 열차의 이동위치를 계측하기 위한 거리측정센서(320), 속도계측장치(330), 고속정밀 클락(340) 및 상기 장치 또는 센서로부터 전송받은 정보를 처리하는 정보처리장치(350)로 구성된 것을 특징으로 하는 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
또한 상기한 레이저 발생기(200) 및 카메라(100)로 영상정보를 취득하는 철도시설물은 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상인 것에 특징이 있는 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 위치 확인부에 의해 계측된 거리정보 및 이 거리정보에 따른 일정구간의 철도시설물의 영상정보에 대한 데이터계측(DAQ)이 가능한 철도시설물 감시시스템을 제공한다.

Description

철도시설물 동기화 감시 시스템{The synchronized detecting system of railroad facilities}
본 발명은 선로를 따라 이동하는 열차의 동적특성과 철도시설물에 대한 감시데이터를 일정의 이동거리와 동기화시켜서 감시하는 철도 감시 시스템으로, 열차에 설치되는 레이저 발생기, 3차원 좌표획득용 카메라, 열차의 진동 등을 계측하는 계측장치로 구성되는 감시장치를 이용하여 레일, 전차선 및 터널구조물의 계측데이터를 반복적으로 축적하여 그 데이터를 처리하고 동시에 그와 같은 철도시설물을 감시하는 시스템에 관한 것이다.
지하철 및 레일을 주행하는 열차에 있어, 레일, 전차선은 열차의 탈선에 대한 우려로 안전을 위해 상시 점검되어야 하는 항목이지만, 긴 주행거리와 열차가 주행하지 않는 짧은 점검시간으로 완전한 안전점검이 어려워 새로운 점검 방법이 요구되고 있다. 또한 지하의 터널을 주행하는 지하철의 경우, 노후화된 터널 구조물은 중요한 안전 점검 항목이 된다. 그러나 노후화 된 터널의 크랙은 쉽게 발견하기 어렵다. 따라서 이러한 철도시설물에 대한 안전점검이 상시 이루어질 수 있는 방법이 요구되고 있다. 또한 주요위치에 대한 데이터를 계측하여 획득한다 하여도, 계측 위치에 대한 동기화가 이루어지지 않는다면 기준선에 대한 데이터의 비교 및 분석이 어렵게 된다.
레일, 전차선 및 터널 구조물에 대한 점검은 동일한 계측위치에서 데이터를 획득하여야 기준선에 대한 엄격한 비교가 가능하다. 즉 레일의 미세한 변화는 동일한 데이터를 지속적으로 비교함으로서 차이를 확인할 수 있으나, 위치가 일정하지 않은 데이터의 비교는 변화의 차이를 비교하기 어렵다. 그러나 종래의 기술로는 열차의 위치를 확인하기 위해 차륜의 회전속도에 의한 거리를 누적하여 추정하는 방법, 가속도센서의 적분을 통해 거리를 추정하는 방법, 영상을 통해 위치를 확인하는 방법으로는 사용자의 불편을 야기하게 된다. 따라서 오차가 항상 발생하여, 이러한 누적 오차의 해소를 위해 정차 후 초기화하는 방법을 사용한다.
일정하지 않은 데이터 계측은 터널의 구조물 변화(크랙, 부분 낙하물 발생 등)와 같이 개략의 위치를 확인하는 경우에는 거리 오차에 대한 영향이 낮지만, 레일 또는 전차선과 같이 미세한 이상 변화가 발생하는 경우 거리오차는 안전보수작업에 심한 영향을 주는 원인이 된다.
또한 데이터 계측장치로 많이 제안된 카메라에 의한 영상 처리는 영상을 획득하기 위해 높은 광량을 제공하여야 하고, 레일과 같은 금속표면은 반사에 의한 산란 영향을 보정해 주어야 한다. 또한 레이저에 의한 스캐닝방법은 저속에는 효과적인 검출이 가능하지만, 고속이동에 대한 속도 제한이 있다.
종래의 기술로 등록특허 10-1111569호(궤도차량을 이용한 철도시설물 감시시스템 및 방법, 이하 선행기술)는 "궤도차량에 감시카메라를 장착하고 이동하면서 터널구조물, 궤도 및 전차선 영상을 획득 저장하고, 궤도차량에 장착된 센서부를 통해 수집된 소음 및 진동데이터를 저장하는 정보획득장치와, 정보획득장치에서 수집된 데이터를 전송받아 데이터베이스에 저장하고, 데이터베이스에 저장된 영상 및 수집 데이터를 점검하도록 상황실 단말기로 제공하는 서버부로 구성된 것을 특징으로 하는 철도시설물 감시시스템"을 제공한바 있다.
그러나 상기한 선행기술은 레일, 전차선, 침목 및 터널 구조물에 대한 동일한 계측위치에 대한 동기화가 불확실하다는 단점이 있었다. 특히, 레일, 전차선과 같이 정확한 거리계측이 중요한 항목에 대하여도 여전히 거리오차를 해결하지 못하는 문제점이 있었다.
또한 카메라의 영상이 열차의 속도와 이동거리를 고려하지 않고 촬영되므로 동일하 영상의 반복으로 저장효율이 떨어지고, 안전점검에 소요되는 시간도 증가하는 문제점이 있었다.
그러나 상기한 선행기술의 문제점 즉 계측데이터와 이동거리에 대한 동기화에 대한 문제점을 해결하고자 한다.
또한 본 발명은 레일, 전차선, 침목 그리고 터널구조물의 철도시설물에 대한 안전점검을 위해 일정속도이상으로 운행 중인 열차에 다수의 띠형 레이저 발생기와 이미지 프로세싱이 포함되어 3차원 좌표를 제공하는 카메라와 열차의 진동 등을 확인하는 계측장치가 포함된 안전점검 감시 시스템을 제공하고자 한다.
또한 주요 계측항목이 항상 동일한 위치에서 측정하도록 제어하는 장치는 슬립에 의해 다소 오차가 포함되는 차륜의 회전속도를 참고데이터로 하여, 계측은 철로에 일정하게 설치된 침목의 위치를 사용하여 측정위치를 동기화시킴으로써 계측대상에 대하여 매우 정확한 계측위치를 제공하는 안전점검 감시장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 열차의 고속뿐만 아니라 저속으로 운행하는 경우에도 계측대상의 정확한 위치를 파악하여 정확한 계측위치를 제공하여 안전점검 데이터에 대한 신뢰성을 현저히 높일 수 있는 안전점검 감시장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,
열차에 구비되는 레이저 발생기(200), 상기 레이저 발생기와 연동되어 작동되며 철도시설물을 감시할 수 있고 계측하는 영상정보 데이터를 취득하는 카메라(100), 상기 레이저 발생기와 카메라로부터 취득된 영상정보 데이터를 이용하여 3차원 영상정보로 변환하는 3차원 영상정보 변환장치(110), 계측대상인 철도시설물의 위치를 파악하는 위치확인부(300), 상기한 레이저 발생기 또는/및 카메라의 가동명령을 발하는 신호처리장치(400), 상기한 영상정보 데이터, 3차원 영상정보 또는 위치확인부로부터 전송되는 데이터를 가공, 분석, 해석 또는 저장하는 종합데이터처리장치(500)로 구성된 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
또한 상기의 위치확인부는 열차의 움직임을 센싱하는 동적거동측정장치(310), 열차의 이동위치를 계측하기 위한 거리측정센서(320), 속도계측장치(330), 고속정밀 클락(340) 및 상기 장치 또는 센서로부터 전송받은 정보를 처리하는 정보처리장치(350)로 구성된 것을 특징으로 하는 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
또한 상기한 레이저 발생기(200) 및 카메라(100)로 영상정보를 취득하는 철도시설물은 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상인 것에 특징이 있는 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 위치 확인부에 의해 계측된 거리정보 및 이 거리정보에 따른 일정구간의 철도시설물의 영상정보에 대한 데이터계측(DAQ)이 가능한 철도시설물 감시시스템을 제공한다.
본 발명의 위치확인부는 철로, 전차선, 침목 또는/및 터널시설물의 정확한 위치를 계측하게 하는 작용이 있어 본 발명의 철도 시설물 감시 시스템에서 취득한 데이터는 정확성과 신뢰성이 종래기술보다 현저히 높은 효과가 있다.
특히 철로, 전차선과 같은 경우에도 거리오차를 거의 발생시키지 않는 효과가 있어 데이터의 정확성을 현저히 높이고 있다.
또한 본 발명은 일정한 계측위치에서의 데이터 축적이 가능하게 되며, 그에 따라 철도시설물의 안전점검을 위해 효과적인 비교데이터를 구축하여, 시설물 관리의 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명은 상시 점검이 가능하여, 점검에 사용되는 시간을 유지보수에 활용하여 안전한 유지보수 시간을 늘리는 효과가 있다. 더불어 데이터의 축적이 3차원 영상정보 데이터로 제공되어 형상화할 수 있으므로, 종래의 단순한 카메라 영상에 의한 자료 축적보다 데이터 저장 및 가공성을 현저히 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 철도시설물 감시 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 위치확인부에 대한 구성 개념도.
도 3은 열차에 구성된 레이저 발생기 및 카메라의 도면.
도 4는 구획화된 터널 구조물에 대한 레이저 발생기 및 카메라의 설치 개념도.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
본 발명은 열차에 구비되는 레이저 발생기(200), 상기 레이저 발생기와 연동되어 작동되며 철도시설물의 주요부를 감시할 수 있고 계측하는 영상정보 데이터를 취득하는 카메라(100), 상기 레이저 발생기와 카메라로부터 취득된 영상정보 데이터를 이용하여 3차원 영상정보로 변환하는 3차원 영상정보 변환장치(110), 계측대상인 철도시설물의 위치를 파악하는 위치확인부(300), 상기한 레이저 발생기 및 카메라의 가동명령을 발하는 신호처리장치(400) 및,
상기한 영상정보 데이터, 3차원 영상정보 또는/및 위치확인부로부터 전송되는 거리정도 또는/및 속도정보 등의 데이터를 가공, 분석, 해석 또는 저장하는 종합데이터처리장치(500)로 구성된 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
본 발명은 달리는 열차에서 철도시설물의 하자를 감시하고 계측하기 위한 장치에 관한 것이므로 철도시설물의 지속적인 관리를 위하여 현재 계측하고 있는 철도시설물의 위치를 정확하게 파악하여 이에 대한 정보데이터를 축적하는 것이 중요하다.
본 발명에서 철도시설물이라 함은 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 등을 의미한다.
따라서 본 발명은 철도시설물의 정확한 위치를 파악하기 위하여 위치확인부(300)가 구비되어 있는 점이 큰 기술적 특징이다. 종래의 기술의 문제점에서 언급한 바처럼 철로를 따라 위치하고 있는 철도시설물의 정확한 위치를 파악하는 것이 가장 중요하며 철도시설물의 동일성을 파악하는 것이 가장 큰 문제였다. 따라서 레일 또는 전차선과 같이 미세하게 변화가 발생하는 경우의 거리오차는 데이터의 신뢰성을 낮추는 원인이 되었다.
그러나 본 발명의 위치확인부는 달리는 열차에서도 속도와 거리 등에 대한 다양한 측정 계수를 이용하여 레일, 전차선, 침목 또는/및 터널구조물의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 하는 기능 및 작용을 수행한다.
따라서 위치확인부의 기능은 상기한 철도시설물 중 터널구조물에 대한 영상정보를 취득하기 위한 레이저 발생기 및 카메라의 작동을 가동하게 하는 정보로서의 거리 정보를 신호처리장치에 제공하는 기능과, 또한 철도시설물 즉 레일, 전차선 , 터널구조물에 대한 영상정보의 정확한 위치를 파악하게 해주는 기능을 수행한다.
본 발명의 위치확인부(300)는 열차의 움직임을 센싱하는 동적거동측정장치(310), 열차의 이동위치를 계측하기 위한 거리측정센서(320), 속도계측장치(330), 고속정밀 클락(340) 및 상기 장치 또는 센서로부터 전송받은 정보를 처리하는 MCU(Micro Controller Unit), CPU(central prosessing unit) 또는 전자회로가 구비된 정보처리장치(350)로 구비되어 있다.
이미 언급한 바와 같이 일정하지 않은 데이터 계측은 터널구조물의 변화(크랙, 부분 낙하물 발생 등)와 같이 개략의 위치를 확인하는 경우에는 거리 오차에 대한 영향이 낮지만, 레일 또는 전차선과 같이 미세하게 변화가 발생하는 경우 거리오차는 데이터의 신뢰성을 현저히 낮추는 원인이 된다.
본 발명의 위치확인부는 터널구조물의 정확한 위치뿐만 아니라 레일, 전차선과 같은 경우의 위치도 매우 정확하게 파악할 수 있게 해주는 효과가 있다.
본 발명에서 동적거동측정장치는 열차의 움직임의 여부를 파악하는 수단 또는 장치를 의미하는 것으로 통상적으로 가속도 등을 계측하는 장치 또는 엔코더(encoder) 등을 사용할 수 있다.
동적거동측정장치(310)는 열차가 멈추었을 경우 하기할 바와 같이 거리측정센서를 가동할 지 여부를 결정해주는 기능을 수행한다. 즉 열차가 멈추었을 경우 거리측정센서의 가동을 중지하고 열차가 움직일 때에 다시 거리측정센서를 가동하게 하는 기능을 구비한다.
본 발명에서 거리측정센서(320)는 종래의 방식과는 현저히 다른 방식으로 거리측정을 하는 것에 기술적 특징이 있다.
본 발명의 거리측정센서는 레이저를 이용하여 거리를 측정할 수 있는 것을 의미한다.
따라서 거리측정센서(320)는 레이저 발생기(321)와 이 레이저 발생기의 반사광을 취득하여 침목의 수를 카운팅하는 카운터(322) 및 카운터로부터 취득한 카운팅정보를 전송하는 전송수단(323)으로 이루어져 있다.
본 발명의 거리측정센서는 열차의 출발점(예컨데 서울역을 기점으로 하여)으로부터 철로를 따라서 위치하는 어떤 특정의 철도시설물(예컨대, 터널구조물)까지의 침목의 수를 레이저의 반사광을 카운터가 카운팅한다.
이렇게 카운팅된 침목의 수와 침목간의 간격을 곱하면 출발점으로터 터널구조물 까지의 거리가 계산된다.
예를 들어 침목의 간격이 100cm이고 침목의 수를 100,000개로 카운팅하는 경우 서울역으로부터 100km지점에 터널구조물이 위치함을 정확하게 파악할 수가 있는 것이다.
또한 이와 같은 방식으로 특정한 지점의 레일, 전차선 또는 침목의 경우에도 매우 정확하게 그 위치를 파악할 수 있게 된다.
이와 같이 각각의 철도시설물의 위치가 기준점으로부터 기설정되어 있고, 어떤 특정의 철도시설물이 이 설정된 위치에 해당하는지 여부를 상기한 거리측정센서를 이용하여 그 침목의 수를 카운팅함으로써 인식할 수가 있게 되는 것이다.
물론 이 경우 상기한 정보처리장치(340)에 기준점 및 어떤 철도시설물에 대한 위치가 미리 설정된 값으로 데이터화되어 저장되어 있어서 이 데이터를 활용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 상기한 거리측정센서에 의한 위치계산의 오차가 발생할 수 있으므로 상기한 속도계측장치(330)에 의하여 계산된 속도와 시간을 이용하여 그 정확한 위치를 보정할 수 있는 정보를 제공해 준다.
본 발명의 속도계측장치는 열차의 차륜을 계측하여 그 속도를 측정하는 기계식 또는 전자식의 속도계측장치를 의미한다. 통상적으로 사용하는 타코메터를 사용할 수 있다.
이와 같은 타코메터에서 매시각 측정되는 속도를 디지털정보화 하여 이용하고 상기한 고속정밀클락(340)에 의하여 측정된 정확한 시간과의 관계를 이용하여 기준점으로부터 거리를 계산할 수 있게 된다.
즉, 상기한 바와 같이 어떤 기준점(예컨대 서울역)을 출발한 열차의 차속을 측정하고 이 차속과 고속정밀클락에 의한 시간과의 관계를 적분 연산하면 서울역으로부터의 거리가 추정되게 된다.
거리는 속도 * 시간이므로 매시각의 속도를 시간의 적분함수로 구할 수가 있게 된다. 이와 같은 적분연산은 상기한 정보처리장치(350)에서 수행하게 된다.
적분 연산기능은 정보처리장치에 탑재된 응용프로그램에 의하여 구현될 수 있다.
물론 이 경우 상기한 동적거동측정장치에서 제공한 열차의 움직임 여부에 대한 정보를 고속정밀클락에서 제공된 시간정보와의 관계에 이용하여 열차가 움직이지 않을 경우에는 거리는 계산하지 않게 할 수 있다. 또한 열차의 움직임이 없을 경우는 속도가 0(zero)이 되므로 마찬가지로 거리는 계산되지 않게 된다.
본 발명은 상기와 같은 거리측정센서와 속도계측장치에 의하여 계산된 어떤 특정의 철도시설물의 위치를 더욱 정확하게 계측하여 동기화할 수 있게 되는 효과가 있다.
따라서 상기한 바와 같이 거리측정센서에 의한 거리 측정 데이터에 의하여 상기한 레이저 발생기와 이와 연동되는 카메라에 의하여 취득한 영상정보 또는 3차원 영상정보의 대상 철도시설물(레일, 전차선, 터널구조물, 침목 등)) 위치를 정확하게 파악할 수 있게 되는 효과가 나타나는 것이다.
즉, 거리측정센서에서 예측한 거리와 속도계측장치에서 예측한 거리는 차이가 발생할 수 있으며, 그에 따라 그 두 개의 거리 측정치에 대한 관계를 정립하여 정확한 위치를 알 수 있게 하는 것이다.
따라서 상기한 정보처리장치에 사용자가 미리 설정한 거리측정센서 및 속도계측장치에서 취득한 거리정보에 관한 관계를 정립하여 하기할 신호처리장치에 가동신호정보를 제공하게 한다.
예를 들어 본 발명의 거리측정센서에서 측정한 거리는 침목의 수를 카운팅하여 거리를 측정하므로 매우 정확한 거리를 측정할 수 있다. 따라서 상기한 레이저 발생기 및 카메라에 의한 영상정보에 대핸 거리는 이 거리측정센서를 기준으로 하여 위치를 파악한다.
그러나 어떤 이유에 의하여 침목의 멸실 등의 이유에 따라 그 거리측정에 오차가 발생하는 경우 상기한 속도계측장치에 의하여 취득한 거리정보를 보조 거리정보로 저장하여 비치할 수 있어 상호 비교가 가능하게 할 수 있다.
따라서 속도계측장치에 의하여 취득한 보조 거리정보를 참고하여 대상 철도시설물의 거리를 정확히 산정할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
특히, 레일상의 특정한 지점에 위치하고 있는 터널구조물을 감시하는 경우에는 거리측정센서에 의한 거리정보를 기준으로 하되 앞서 설명한 것과 같은 이유에 따라 속도계측장치에서 측정한 거리의 차이에 대한 중간 지점을 레이저 발생기 및 카메라의 가동을 위한 시발점으로 설정하고 그에 따라 이 중간 지점이 인지되면 신호처리장치에 가동신호정보를 전송하게 할 수 있다.
또한 상기한 바와 같이 어떤 특정 철도시설물(예컨대 터널구조물)에 대한 거리측정센서에 의하여 측정된 거리 정보와 속도계측장치에서 측정한 거리에 대한 거리정보는 누적되어 축적될 수가 있다.
이와 같이 누적된 거리측정센서에 의하여 측정된 거리 정보와 속도계측장치에서 측정한 거리에 대한 거리 정보는 그 특정의 감시 대상 철도시설물의 위치를 더욱 정확하게 계측하게 하고, 그에 따라 감시 대상 철도시설물의 거리에 대한 동기화를 수행할 수 있는 정보로 이용될 수 있다.
따라서 그 특정의 감시 대상 철도시설물의 위치를 더욱 정확히 파악하여 레이저 발생기에 의한 정보 및 카메라에 의한 영상정보를 취득하게 되는 효과가 있는 것이다.
물론 이와 같은 예는 하나의 실시예이며 상기한 거리측정센서에 의하여 측정된 거리 정보와 속도계측장치에서 측정한 거리에 대한 거리정보를 사용자의 의사 및 요구에 따라 어떤 방식으로든 미리 설정하여 동기화를 수행할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 거리측정센서 및 속도계측장치에서 취득한 거리정보는 다음에서 설명할 바와 같이 신호처리장치(400)에 제공되며 또한 종합데이터처리장치(500)에 제공하게 된다.
따라서 상기한 바와 같이 위치확인부의 거리측정센서 및 속도계측장치에서 취득한 거리정보는 신호처리장치로 전송되며, 이 거리정보를 이용한 정보를 통하여 신호처리장치는 레이저 발생기 또는/및 카메라에 가동신호를 발생하도록 명령한다.
더불어 종합데이터처리장치에서 철도시설물의 위치를 파악하게 해주는 정보로 활용되게 된다.
본 발명에서 신호처리장치(400)는 터널구조물에 대한 레이저 발생기 또는/및 카메라의 가동신호를 제공하는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 신호처리장치는 상기한 위치확인부(300)로부터 전송받은 가동신호정보를 이용하여 터널구조물을 감시하는 레이저 발생기 또는/및 카메라에 동작을 실현시키는 기능을 수행한다. 즉, 터널구조물에 대한 레이저스캐너 또는/및 카메라를 가동하게 하는 기능을 수행한다.
본 발명에서 상기한 터널구조물 외의 철도시설물은 상시 검사를 하여야 하는 항목이므로 레이저 발생기 및 카메라에 의한 영상정보는 계속적으로 취득된다.
그러나 터널구조물을 레일 상의 일정한 지점에 위치하고 있기 때문에 터널구조물에 대하여는 그 위치한 지점에서만 영상정보를 취득하면 된다.
이와 같이 상기한 위치확인부로부터 어떤 특정의 터널구조물의 위치를 정확히 파악하여 그 터널구조물의 하자 여부를 레이저 및 카메라에 의한 영상정보를 취득할 수 있게 한다.
본 발명에서 레이저 발생기(200)는 물체에 조사하여 그 반사광을 이용하여 물체의 형상, 크랙, 흠 등을 알 수 있게 해주는 레이저를 발생하는 통상적인 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 본 발명에서는 통상의 레이저를 이용할 수 있으나 더욱 바람직하게는 띠레이저를 발생하는 띠레이저 발생기를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 카메라(100)의 의미는 통상의 영상정보로 취득할 수 있는 장치 또는 수단을 포함하는 전반적인 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 본 발명의 카메라는 상기한 레이저 발생기로부터 반사되는 영상정보를 취득할 수 있게 된다.
이와 같이 레이저 발생기 및 이와 연동되는 카메라에 의하여 취득된 영상정보는 하기할 바와 같이 3차원 영상 변환 장치에 의하여 3차원 영상정보로 가공되고 이 3차원 영상정보는 상기한 종합데이터처리장치로 전송된다.
또한 상기한 3차원으로 변환되지 않은 영상정보도 상기한 종합데이터처리장치로도 전송될 수 있다.
본 발명에서 레이저 발생기 및 이와 연동하는 카메라에 의하여 영상정보를 취득하고 이 영상정보를 이용하여 3차원 영상으로 변환하는 장치는 통상적으로 통용되는 3차원 영상 정보로 가공할 수 있는 장치 또는 수단으로 구현되게 된다.
따라서 본 발명은 달리는 열차에 장착된 레이저 발생기 및 이와 연동되는 카메라에 의하여 철도시설물에 대한 영상정보를 취득하는데, 상기한 3차원 영상 변환장치에 의하여 가공된 3차원 영상정보를 이용하여 철도시설물의 하자 여부를 판독하게 되는 것이다.
즉, 열차에 장착된 레이저 발생기에 의하여 발생되는 띠레이저가 철도시설물에 부딪혀 반사되는 것을 카메라가 영상정보로 취득하고, 이 계속적으로 취득된 영상정보를 종합하면 3차원 영상정보가 되는 것이다.
이와 같은 3차원 영상정보는 어떤 특정한 위치에 존재하는 철도시설물에 대한 영상정보로 취득되는 것이다.
본 발명에서 3차원 영상 변환 장치의 하나의 예는 아래와 같다.
다만 이와 같은 실시예는 3차원 영상 변환 장치의 하나의 예로서 이에 국한되는 것은 아니며 레이저 및 카메라를 이용하여 3차원 영상으로 변환되는 장치는 모두 본 발명의 기술적 내용에 포함되는 것이다.
3차원 영상 변환장치는 레이저 발생기 및 이와 연동되는 카메라로부터 획득된 영상정보를 처리 및 분석하는 중앙처리장치와 메모리를 포함하고, 상기 중앙처리장치는 영상정보의 좌표를 추출하는 좌표추출부 및 이에 따른 이상부 검사부 또는 추가관찰 판별부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 3차원 영상 변환 장치의 또 다른 실시에 대한 구성은 등록특허 10-0898601에 개시된 방법과 같은 방법으로 레이저발생기(레이저 스캐너)와 카메라에 의한 영상정보를 이용하여 3차원 영상으로 변환할 수가 있는 구성을 취할 수 있다.(여기서 레이저 스캐너는 본 발명의 레이저 발생기와 동일한 개념으로 파악할 수 있다)
레이저 발생기 및 카메라로부터 획득된 영상정보를 처리 및 분석하는 중앙처리장치 및 메모리를 포함하고, 상기 중앙처리장치는 레이저 발생기에 의해 측정된 데이터를 통해 촬영개소 특성 및 좌표를 추출하는 레이저 발생기 제어부 및, 상기 좌표값을 카메라에 전송하고 카메라는 이에 대한 좌표를 촬영하여 영상정보를 취득하게 해주는 카메라 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 3차원 영상 변환 장치는 열차가 터널을 축방향으로 이동하면서 레이저 발생기에 의해 검출된 측정데이터는 레이저 발생기 제어부로 전송되고, 상기 레이저 발생기 제어부는 획득된 측정데이터를 통해 촬영개소 특성 및 좌표를 추출하고, 이상부 또는 추가관찰 요부를 판별하여 이에 대한 좌표값을 카메라 구동 제어부로 전송한다.
상기 카메라 구동제어부는 레이저 발생기 제어부를 통해 받은 좌표값을 카메라로 전달하고, 카메라는 이에 대한 좌표를 영상촬영을 하여 영상데이터를 획득하며, 그에 따라 카메라는 상기한 좌표에 대한 영상을 획득할 수 있게 된다.
이러한 장치를 통하여 레이저 발생기에 의한 측정 데이터와 카메라에 의한 영상정보를 이용하여 3차원 영상정보를 취득하게 된다.
이와 같이 레이저 발생기 및 카메라에 의한 영상정보를 이용하여 3차원 영상으로 변환하는 3차원 영상 변환 장치는 상기한 종합데이터처리장치에 합치되어 구비되거나 별도로 장착될 수 있다.
본 발명은 도 3에서 보는 것처럼 레이저 발생기는 열차에 구비되어 있고 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상을 향하여 조사할 수 있도록 장착되어 있다.
또한 레이저 발생기와 연동되는 상기한 카메라도 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상을 향하여 촬영할 수 있도록 장착되어 있다.
따라서 통상적으로 레이저 발생기와 카메라는 레일에는 2개, 전차선에서는 1개, 침목에는 1개로 구비할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
여기서 침목에 구비된 레이저 발생기는 상기한 침목의 수를 카운팅할 수 있는 레이저 발생기의 기능을 겸하여 수행할 수 있다.
도 4에서 보는 것처럼 터널구조물에 대한 레이저 발생기는 터널이 원통형 형상으로 되어 있는 점을 감안하여 터널을 구획(I, Ⅱ 등)하고, 그 구획된 터널 부분을 레이저가 조사할 수 있도록 레이저 발생기 수를 산정하여 구비할 수 있다.
또한 상기의 레이저 발생기와 연동되는 카메라도 레이저 발생기 수와 같이 구비할 수 있다.
더불어 본 발명에서 터널구조물에 대한 레이저 발생기 및 카메라는 측정방향변경장치가 구비될 수가 있어 레이저 발생 방향 및 촬영위치를 변경할 수 있도록 할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 카메라는 열차에 구비되어 있되 상기한 레이저 발생기에서 제공하는 정보를 카메라가 취득할 수 있도록 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상을 촬영할 수 있는 위치에 설치한다.
이와 같이 취득한 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상에 대한 레이저 발생기 및 이와 연동되는 카메라에 의한 영상정보는 상기한 3차원 영상정보 변환장치에 의하여 3차원 영상정보로 변환된다.
따라서 상기한 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상에 대한 3차원 영상정보는 앞에서 설명한 종합데이터처리장치에 전송되게 된다.
종합데이터처리장치(500)는 앞서 설명한 바와 같이 상기한 레이저 발생기 및 이와 연동되는 카메라에 의한 영상정보 또는 영상정보 변환장치에 의하여 변환된 3차원 영상정보 등의 데이터 또는 위치확인부로부터 전송되는 속도 및 거리 등에 대한 데이터를 가공, 분석, 해석 또는 저장할 수 있는 기능을 구비한 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 종합데이터처리장치(500)는 중앙처리장치, 정보저장장치 및 응용프로그램이 탑재되어 있다.
상기 응용프로그램은 상기한 레이저 발생기 및 카메라에 의한 영상정보 또는/및 영상정보 변환장치에 의한 3차원 영상정보 등의 데이터 또는/및 위치확인부로부터 전송되는 속도 또는/및 거리 등에 대한 데이터를 전송받아 축적하여 저장할 수 있게 해주고 또한 이들을 가공, 분석, 해석하여 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물에 대한 하자 여부를 판독하는 기능을 수행한다.
따라서 본 발명의 종합데이터처리장치는 본 발명에서 작동되는 과정을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있음은 물론이다.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명에서 사용되는 응용 프로그램 명령을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
응용 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
또한 본 발명은 위치확인부에서 감지되는 정보인 거리 정보, 이 거리 정보에 대응되는 일정 구간의 레이저 발생기 및 이와 연동되는 카메라에 의한 영상정보 또는/및 영상정보 변환장치에 의한 3차원 영상정보 등의 데이터의 입출력이 가능하도록하는 데이터 계측(DAQ,data acquisition)이 가능한 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
또한 상기한 위치확인부에 의한 거리 정보뿐만 아니라 이 보정된 거리 정보를 수득하기 위하여 제공받는 거리측정센서에 의한 거리 정보 또는/및 속도계측장치에 의한 속도 정보에 대한 데이터 계측도 가능한 철도시설물 감시 시스템을 제공한다.
상기와 같은 데이터 계측이 가능한 것은 상기한 종합데이터처리장치의 중앙처리장치, 정보저장장치 및 응용프로그램에 의하여 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 이동하는 기차(또는 열차)를 이용하여 철도시설물을 동기화하여 감시할 수 있는 시스템을 제공하게 된다.
본 발명은 열차를 생산, 제조, 공급 또는 사용하는 산업에 매우 유용한 발명이다.
또한 본 발명은 레일을 이용하는 차량의 사용, 이용, 서비스 제공 등을 하는 산업에 매우 유용한 발명이다.
100 : 카메라 200 : 레이저 발생기
110 : 3차원 영상정보 변환장치 300 : 위치확인부
310 : 동적거동측정장치 320 : 거리측정센서
321 : 레이저 발생기 322 : 카운터
323 : 전송수단 330 : 속도계측장치
340 : 고속정밀 클락 350 : 정보처리장치
400 : 신호처리장치 500 : 종합데이터처리장치

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 열차에 구비되는 레이저 발생기(200), 상기 레이저 발생기와 연동되어 작동되며 철도시설물을 감시할 수 있고 계측하는 영상정보 데이터를 취득하는 카메라(100), 상기 레이저 발생기와 카메라로부터 취득된 영상정보 데이터를 이용하여 3차원 영상정보로 변환하는 3차원 영상정보 변환장치(110), 계측대상인 철도시설물의 위치를 파악하는 위치확인부(300), 상기한 레이저 발생기 또는 카메라의 가동명령을 발하는 신호처리장치(400),
    상기한 3차원 영상정보 변환장치로부터 전송되는 영상정보데이터 또는 3차원 영상정보, 또는 위치확인부로부터 전송되는 데이터를 가공, 분석, 해석 또는 저장하는 종합데이터처리장치(500) 및,
    상기 위치확인부는 열차의 움직임을 센싱하는 동적거동측정장치(310), 열차의 이동위치를 계측하기 위한 거리측정센서(320), 속도계측장치(330), 고속정밀 클락(340) 및, 상기 동적거동측정장치, 속도계측장치, 고속정밀 클락 또는 거리측정센서로부터 전송받은 정보를 처리하는 정보처리장치(350)로 구성된 것을 특징으로 하는 철도시설물 감시 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    레이저 발생기(200) 및 카메라(100)로 영상정보를 취득하는 철도시설물은 레일, 전차선, 침목 또는 터널구조물 중 어느 하나 이상인 것에 특징이 있는 철도시설물 감시 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    위치 확인부에 의해 계측된 거리정보 및 이 거리정보에 따른 일정구간의 철도시설물의 영상정보에 대한 데이터계측(DAQ)이 가능한 철도시설물 감시시스템.
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