KR101339354B1 - System for detecting position of the railway vehicle using images and the method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 마커나 특정 지점을 카메라를 통해 인지하여 절대위치를 검지하고, 카메라 영상에서 블록매칭기법을 사용하여 절대위치에서의 거리를 검지함으로써, 정확한 현재의 위치를 검지할 수 있도록 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량의 위치검지 시스템에 있어서, 철도차량 차체에 설치되어 영상을 획득하는 카메라를 포함하는 차상장치와, 선로 주변의 지상에 일정 간격으로 설치되고, 카메라에서 인식 가능한 패턴으로 기록되는 지상의 절대위치정보를 포함하는 표시기로 이루어지는 지상장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a position detection system and a position detection method of a railway vehicle using an image, and more particularly, to detect an absolute position by recognizing a specific marker or a specific point through a camera, and using a block matching technique in a camera image. The present invention relates to a position detection system and a position detection method of a railroad car using an image that detects a distance from an absolute position so that an accurate current position can be detected.
The present invention is a position detection system of a railroad vehicle, a vehicle on-vehicle device is installed on the railroad vehicle body, and the ground is installed at regular intervals on the ground around the track, and recorded in a pattern recognizable by the camera Characterized in that it comprises a ground device consisting of an indicator including the absolute position information of the.
Description
본 발명은 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 마커나 특정 지점을 카메라를 통해 인지하여 절대위치를 검지하고, 카메라 영상에서 블록매칭기법을 사용하여 절대위치에서의 거리를 검지함으로써, 정확한 현재의 위치를 검지할 수 있도록 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a position detection system and a position detection method of a railway vehicle using an image, and more particularly, to detect an absolute position by recognizing a specific marker or a specific point through a camera, and using a block matching technique in a camera image. The present invention relates to a position detection system and a position detection method of a railroad car using an image that detects a distance from an absolute position so that an accurate current position can be detected.
일반적으로 철도차량의 위치를 검지하는 것은 작업자에게 정확한 차량정보를 제공하여 수송관리에 있어 도움을 줄 뿐만 아니라, 철도수송의 주요 계획들을 설정하고 지원하며 그 운행실적 정보를 점검할 수 있도록 하므로 매우 중요하다. In general, detecting the location of a railway vehicle is very important because it provides accurate vehicle information to workers to help them in transportation management, as well as to set up and support the main plans of railway transportation and to check the operation performance information. Do.
종래의 철도분야에서 적용되고 있는 방식의 철도점유 검지방식은 궤도회로방식과 엑슬카운트 방식을 적용하고 있는데 이러한 방식은 지상의 시설물에서 차량의 점유여부 또는 통과 여부만을 확인할 수 있었다. 또한 차량에 제공되는 정보 또한 제한속도 등과 같은 극히 제한된 정보만을 제공하게 되는 문제점이 발생 되었다. The railroad occupancy detection method of the conventional railroad application uses a track circuit method and an axle count method, which can only confirm whether the vehicle occupies or passes through the ground facilities. In addition, a problem arises in that the information provided to the vehicle also provides extremely limited information such as a speed limit.
상기한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0083160호에는 속도와 분기기 및 휠 정보를 이용한 철도차량의 위치추적 방법이 개시되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 철도차량(T)에 부착설치된 위치추적장치(703)를 통해 철도차량(T)의 이동거리를 산출하고, 차량휠의 마모나 슬립에 의한 오차를 궤도회로장치(800)를 통해 보상한 후 분기기(702)로부터 송출되는 정보와 이동거리를 결합하여 철도차량(T)의 절대위치를 용이하게 추적할 수 있도록 한 것에 그 특징이 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2004-0083160 discloses a method for tracking the position of a railway vehicle using speed, a diverter, and wheel information. The main technical configuration thereof is illustrated in FIG. 1. As shown, through the
이때, 위치추적장치(703)는 철도차량(T)의 이동거리를 산출하기 위해 철도차량(T)에 구비된 속도계(701)로부터 그 속도정보를 얻고, 그 속도정보를 수집하는데 걸리는 시간을 고려하여 속도와 시간의 곱을 통해 철도차량(T)의 이동거리를 산출하게 된다. 또한 휠정보(704)는 위치관제시스템(705)으로 송출되고, 상기 위치추적장치(703)로부터 산출된 이동거리도 위치관제시스템(705)으로 송출되어 이 위치관제시스템(705)에서는 제철소내 모든 철도차량(T)의 위치를 실시간으로 관리하게 된다.At this time, the
이와 같이, 상기와 같은 구성은 DGPS에 의한 철도차량 위치추적방법으로는 해결할 수 없었던 GPS신호 수신불가 지역에 대해서도 정확한 위치를 추적할 수 있고, 또한 궤도회로장치를 통한 절대위치의 재설정이 가능하다는 장점이 있으나, 속도계와 분기기 그리고 위치추적장치와 궤도회로장치와 같은 복잡한 기술적 구성에 의해서만 이루어지므로, 상기 구성들을 상호 설치하여 연결하는 기술적 구성 또한 매우 복잡하고 따라서 설치비용 및 유지비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.As described above, the above configuration can track the exact position even in the area where GPS signal cannot be received, which cannot be solved by the railroad vehicle location tracking method by DGPS, and can also reset the absolute position through the track circuit device. However, since it is made only by a complicated technical configuration such as a speedometer, a diverter, and a position tracking device and a track circuit device, the technical configuration of connecting and connecting the above components is also very complicated and thus requires a large installation and maintenance cost. There was this.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 최근의 무선통신기반 열차제어시스템에서 널리 이용되고 있는 열차 위치검지 방식은 트랜스폰더 태그와 타코메터, 또는 RFID 등을 사용한 방식으로 차량이 노선에 일정 간격마다 설치되어 있는 트랜스폰더 태그 등을 읽으면 해당 지점의 절대위치를 알 수 있고 그 지점으로부터 다음 태그 전까지 움직인 거리를 타코메타를 이용한 차륜 회전수로 계산할 수 있는 방식이다.In order to solve the above problems, the train position detection method, which is widely used in the recent wireless communication-based train control system, uses a transponder tag, a tachometer, or RFID, and the vehicle is installed on a line at regular intervals. By reading transponder tags, you can find the absolute position of the point and calculate the distance traveled from that point to the next tag as the number of wheel revolutions using tachometer.
또한, RFID를 사용한 방식으로 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0073799호에는 철도차량의 실시간 위치추적 시스템 및 그 운용방법이 개시되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 철도차량의 실시간 위치추적 시스템에 있어서, 개별 단위 철도차량(10)의 하단 또는 측면에 부착되는 무선태그(11); 상기 철도차량의 바퀴가 굴러가도록 한 선로(13)에 일정 간격으로 복수개 설치되며, 상기 무선태그를 자동으로 인식하는 리더기(12); 상기 리더기와 통신하며, 리더기로부터 인식정보를 수집하는 중계기(14); 및 상기 중계기와 통신하며, 리더기로부터 수집된 열차 차량정보를 수집하여 단위차량에 대한 여객수송, 화물수송, 검수관리와 같은 철도종합운영관리를 수행하는 철도종합운영관리부(15);가 구비됨을 특징으로 한다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0073799 discloses a real-time location tracking system of railroad cars and a method of operating the same using RFID, and a main technical configuration of the railroad cars is shown in FIG. In the real-time location tracking system, the radio tag (11) attached to the bottom or side of the individual unit railway vehicle (10); A plurality of readers installed at a predetermined interval on a
하지만, 상기와 같은 종래기술들은 가감속시 또는 날씨 및 기후 등의 영향으로 인한 차량의 슬립/슬라이드로 인한 위치검지의 부정확성이 발생되며, 읽어야 할 태그 또는 RFID를 놓치는 등의 문제가 있다.However, the above-described prior arts generate inaccuracies in position detection due to slip / slide of the vehicle due to acceleration / deceleration or weather and weather effects, and there is a problem of missing a tag or RFID to be read.
또한, 전체 차량에 설치되어야 하는 태그 리더 또는 RFID와, 전체 노선에 일정 간격으로 설치되는 트랜스 폰더 태그 또는 RFID 리더기의 설치 비용과 유지 보수 비용이 고가라는 단점이 있다.In addition, there is a disadvantage that the installation cost and maintenance cost of the tag reader or RFID to be installed in the entire vehicle, and the transponder tag or RFID reader installed at regular intervals on the entire route.
또한, 트랜스 폰더 태그와 타코메타를 이용한 방식의 경우, 차량 하부에 태그 리더를 설치하고 차륜에 타코메타 센서를 설치해야 하므로 취부하는 방식에 있어서도 용이하지가 않은 문제점이 있다.
In addition, in the case of using the transponder tag and tachometer, there is a problem in that it is not easy even in the mounting method because a tag reader should be installed at the lower part of the vehicle and a tachometer sensor should be installed at the wheel.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 상대적으로 비용이 저렴한 카메라와 지상 표시기를 이용하여 철도차량의 위치를 정확히 검지할 수 있도록 함으로써 설치비용 및 유지보수 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to install the cost and maintenance by accurately detecting the position of the railway vehicle using a relatively low-cost camera and ground indicators The present invention provides a location detection system and location detection method for railroad cars using images to reduce costs.
또한, 본 발명은 기존 열차이동 측정에서의 가감속, 날씨 및 기후 변화시 발생하는 차량의 슬립/슬라이드에 따른 위치측정 오류를 해결할 수 있도록 함으로써 정확성을 향상시킬 수 있도록 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법을 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, the present invention can solve the position measurement error according to the slip / slide of the vehicle occurring during acceleration and deceleration, weather and climate change in the existing train movement measurement position of the railway vehicle using the image to improve the accuracy Another object is to provide a detection system and a position detection method.
또한, 본 발명은 기존의 철도차량 시스템과 독립적으로 설치가 가능하며, 어떠한 차량에도 설치 및 운영이 가능한 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
In addition, the present invention can be installed independently of the existing railway vehicle system, and another object of the present invention is to provide a position detection system and position detection method of the railway vehicle using the image that can be installed and operated in any vehicle.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
철도차량의 위치검지 시스템에 있어서, 철도차량 차체에 설치되어 영상을 획득하는 카메라를 포함하는 차상장치와, 선로 주변의 지상에 일정 간격으로 설치되고, 카메라에서 인식 가능한 패턴으로 기록되는 지상의 절대위치정보를 포함하는 표시기로 이루어지는 지상장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In the position detection system of a railway vehicle, an on-vehicle device including a camera installed on the railway vehicle body and acquiring an image, and an absolute position of the ground, which is installed at a predetermined interval on the ground around the track, and recorded in a pattern recognizable by the camera. Characterized in that it comprises a ground device consisting of an indicator containing information.
이때, 상기 차상장치는, 카메라에 의해 획득된 영상으로부터 철도차량의 절대위치를 확인하고 계산하는 영상처리유닛과, 상기 영상처리유닛에 의해 확인된 절대위치와 매칭되는 위치 절대값이 저장되어 있는 인프라 DB와, 상기 인프라 DB에 저장된 위치 절대값을 이용하여 영상처리유닛에 의해 계산된 철도차량의 절대위치로부터 철도차량의 현재 위치를 결정하는 열차위치결정 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the on-vehicle device, the image processing unit for identifying and calculating the absolute position of the railway vehicle from the image obtained by the camera, and the infrastructure that stores the absolute position value matching the absolute position identified by the image processing unit And a train positioning unit for determining the current position of the railway vehicle from the absolute position of the railway vehicle calculated by the image processing unit by using the DB and the absolute value of the position stored in the infrastructure DB.
여기서, 상기 영상처리유닛은 카메라에 의해 획득된 영상으로부터 표시기에 기록된 패턴을 인식하여 철도차량의 절대위치를 확인하는 패턴인식부와, 상기 패턴인식부에서 확인된 절대위치와 매칭되는 위치 절대값을 인프라 DB로부터 수신하여 블록매칭 기법을 통해 철도차량의 이동거리를 계산하는 블록매칭부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Here, the image processing unit recognizes the pattern recorded on the indicator from the image obtained by the camera to recognize the absolute position of the railway vehicle, and the absolute value of the position matching the absolute position identified by the pattern recognition unit It is characterized in that it comprises a block matching unit for receiving the from the infrastructure DB to calculate the moving distance of the railway vehicle through the block matching technique.
또한, 상기 블록매칭부에서는, 식을 통해 블록매칭을 수행하여 철도차량의 이동거리를 계산하는 것을 특징으로 한다.(이때, B는 블록, S는 탐색 윈도우의 크기, P는 블록 내의 픽셀을 의미한다.)In the block matching unit, It is characterized by calculating the moving distance of railroad cars by performing block matching through the equation (where B is the block, S is the size of the search window, and P is the pixel in the block).
그리고, 상기 인프라 DB는 영상처리유닛에 의해 확인된 절대위치에 대한 선로의 곡선, 선로의 구배 및 제한 속도를 포함하는 인프라 데이터를 영상처리유닛에 제공하는 것을 특징으로 한다.In addition, the infrastructure DB is characterized in that to provide the image processing unit with the infrastructure data including the curve of the line with respect to the absolute position identified by the image processing unit, the gradient of the line and the speed limit.
또한, 상기 인프라 DB에는 위치 절대값 및 인프라 데이터의 업데이트를 위한 외부 통신 인터페이스가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the infrastructure DB is characterized in that the external communication interface for connecting the absolute location and the update of the infrastructure data is installed.
이때, 상기 외부 통신 인터페이스는 USB 메모리에 저장되어 있는 데이터 파일을 엑세스 할 수 있도록 하는 USB 포트와, LAN 접속을 통해 지상에 설치된 장치와의 통신에 의해 데이터를 업데이트할 수 있도록 하는 WLAN을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In this case, the external communication interface is configured to include a USB port for accessing a data file stored in the USB memory, and a WLAN for updating data by communication with a device installed on the ground through a LAN connection. It is characterized by.
그리고, 상기 표시기는 외측에 흰색 테두리부가 구비되고, 지상의 절대위치정보는 상기 흰색 테두리부의 내측에 기록된 것을 특징으로 한다.In addition, the indicator is provided with a white border portion on the outside, the absolute position information of the ground is characterized in that recorded inside the white border portion.
또한, 상기 절대위치정보는 숫자, QR코드 및 바코드 중 어느 하나의 형태로 기록된 것을 특징으로 한다.In addition, the absolute position information is characterized in that recorded in the form of any one of numbers, QR code and bar code.
또한, 상기 카메라는 철도차량의 전두부에 구비되는 차창의 내측에 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the camera is characterized in that installed on the inside of the car window provided in the front head of the railway vehicle.
한편, 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템의 다른 실시예는 철도차량의 위치검지 시스템에 있어서, 철도차량 차체에 설치되어 영상을 획득하는 카메라와, 상기 카메라를 통해 촬영된 영상 중 특징 점을 포함하는 특정 지점의 절대위치를 영상과 함께 데이터화하여 저장하는 인프라 DB와, 상기 카메라에서 획득된 영상이 특징 점을 포함하는 특정 지점의 영상인지를 판별하고, 인프라 DB에 저장된 데이터와 비교하여 해당 지점의 절대위치를 확인하는 영상처리 유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.On the other hand, another embodiment of the position detection system of a railway vehicle using an image according to the present invention is a position detection system of a railway vehicle, the camera is installed on the railway vehicle body to obtain an image, and the image taken by the camera An infrastructure DB that stores and stores an absolute position of a specific point including a feature point along with an image, and determines whether the image obtained by the camera is an image of a specific point including a feature point, and compares the data with the data stored in the infrastructure DB. And an image processing unit for confirming the absolute position of the corresponding point.
한편, 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법은,On the other hand, the position detection method of the railway vehicle using the image according to the present invention,
철도차량의 위치검지방법에 있어서, 표시기에 표시된 지상의 절대위치정보 또는 특징 점을 포함하는 특정지역의 절대위치정보를 데이터화하여 인프라 DB에 저장하는 인프라 DB 생성단계와, 카메라를 이용하여 철도차량 주행 중의 외부 영상을 촬영하는 영상촬영단계와, 영상처리 유닛을 이용하여 카메라를 통해 촬영된 영상으로부터 절대위치를 확인할 수 있는 표시기 또는 특징 점을 포함하는 특정지역의 패턴을 인식하는 패턴인식단계와, 상기 패턴인식단계에서 인식된 패턴을 인프라 DB에 저장된 데이터와 비교하여 철도차량의 절대위치를 확인하는 절대위치 확인단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In the location detection method of a railway vehicle, an infrastructure DB generation step of storing the absolute position information of a specific area including the ground absolute position information or feature points displayed on the indicator and storing it in the infrastructure DB, and running the railway vehicle using a camera A pattern recognition step of recognizing a pattern of a specific region including an image photographing step of photographing an external image of the image, an indicator or feature point capable of confirming an absolute position from an image photographed by a camera using an image processing unit, and The pattern recognition step is characterized in that it comprises an absolute positioning step of confirming the absolute position of the railway vehicle by comparing the pattern recognized in the infrastructure DB with the data.
이때, 상기 절대위치 확인단계 이후에 영상처리유닛을 이용하여 카메라를 통해 촬영된 영상을 일정 크기의 블록 단위로 분할하고 블록매칭 기법을 수행하여 철도차량의 이동거리를 계산하는 이동거리 계산단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, after the absolute positioning step, the moving distance calculation step of calculating the moving distance of the railway vehicle by dividing the image taken by the camera by the unit of a block of a predetermined size using the image processing unit and performing a block matching technique. It is characterized by including.
또한, 상기 이동거리 계산단계는 카메라를 통해 촬영된 영상을 일정 크기의 블록 단위로 분할하기 이전에 프로젝션 기법을 통해 상기 영상이 카메라의 설치각도와 수직을 이루도록 변환하는 수직변환단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The moving distance calculating step may include a vertical conversion step of converting the image taken by the camera to be perpendicular to the installation angle of the camera through a projection technique before dividing the image photographed by the camera into blocks of a predetermined size. It is done.
그리고, 상기 패턴인식단계 이후에 인식된 패턴이 포함된 영상에서 표시기 또는 특징 점을 포함하는 특정지역의 크기 및 모양을 일정한 크기 및 모양으로 정규화하는 영상 보정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include an image correction step of normalizing the size and shape of the specific region including the indicator or the feature point to a predetermined size and shape in the image including the recognized pattern after the pattern recognition step.
또한, 상기 인프라 DB에 연결 설치되는 외부 통신 인터페이스를 이용하여 인프라 DB에 저장된 데이터들을 업데이트하는 인프라 DB 업데이트단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The method may further include an infrastructure DB update step of updating data stored in the infrastructure DB by using an external communication interface connected to the infrastructure DB.
본 발명에 따르면, 상대적으로 비용이 저렴한 카메라와 지상 표시기를 이용하여 철도차량의 위치를 정확히 검지할 수 있도록 함으로써 설치비용 및 유지보수 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, it is possible to accurately detect the position of the railroad car by using a relatively low-cost camera and the ground indicator has an excellent effect to reduce the installation cost and maintenance cost.
또한, 본 발명에 따르면 특정 마커나 특정 지점을 카메라를 통하여 인지하여 절대위치를 검지하고, 카메라 영상에서 블록매칭기법을 사용하여 절대위치에서의 거리를 검지함으로써, 정확한 현재의 위치를 검지할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention by detecting a specific marker or a specific point through the camera to detect the absolute position, by detecting the distance from the absolute position using a block matching method in the camera image, it is possible to detect the exact current position Has an additional effect.
또한, 본 발명에 따르면 기존 열차이동 측정에서의 가감속, 날씨 및 기후 변화시 발생하는 차량의 슬립/슬라이드에 따른 위치측정 오류를 해결할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention further has an effect that can solve the positioning error according to the slip / slide of the vehicle generated during acceleration and deceleration, weather and climate change in the existing train movement measurement.
또한, 본 발명에 따르면 기존의 철도차량 시스템과 독립적으로 설치가 가능하며, 어떠한 차량에도 설치 및 운영이 가능한 효과를 추가로 갖는다.In addition, the present invention can be installed independently of the existing railway vehicle system, and further has the effect that can be installed and operated in any vehicle.
또한, 본 발명에 따르면 비교적 가격이 저렴한 카메라의 설치 대수를 추가함으로써 용이하게 철도차량 위치검지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
In addition, the present invention further has an effect of easily improving the reliability of the railroad vehicle position detection by adding the number of installation of a relatively inexpensive camera.
도 1은 종래의 철도차량의 위치추적 방법을 보인 구성 블럭도.
도 2는 종래의 철도차량의 실시간 위치추적 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 4의 (a),(b),(c)는 도 3에 나타낸 본 발명 중 표시기의 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 도 3에 나타낸 본 발명 중 차상장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 6은 도 3에 나타낸 본 발명 중 카메라를 통해 획득된 영상의 일실시예를 나타낸 도면.
도 7은 도 3에 나타낸 본 발명 중 카메라를 통해 획득된 영상의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 도 5에 나타낸 본 발명 중 영상처리유닛과 인프라 DB 사이의 작동관계를 개념적으로 나타낸 도면.
도 9는 도 3에 나타낸 본 발명 중 카메라를 통해 획득된 영상을 블록 단위로 분할한 모습을 나타낸 도면.
도 10은 도 9에 나타낸 블록 단위로 분할된 영상을 이용하여 블록매칭을 통해 이동거리를 계산하는 모습을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 12는 도 11에 나타낸 본 발명 중 수직변환단계에서 프로젝션 기법을 통해 영상을 조정하는 모습을 나타낸 도면. 1 is a block diagram showing a conventional method for tracking the position of a railway vehicle.
Figure 2 is a block diagram showing a real-time location tracking system of a conventional railway vehicle.
Figure 3 is a schematic diagram showing a position detection system of a railway vehicle using an image according to the present invention.
4A, 4B, and 4C show an embodiment of the indicator of the present invention shown in FIG. 3;
5 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a vehicle-mounted device of the present invention shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of an image acquired through a camera of the present invention shown in FIG. 3.
FIG. 7 is a view showing another embodiment of an image acquired through a camera of the present invention shown in FIG. 3. FIG.
8 is a view conceptually showing the operational relationship between the image processing unit and the infrastructure DB of the present invention shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which an image acquired through a camera of the present invention shown in FIG. 3 is divided in units of blocks. FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a method of calculating a moving distance through block matching using the image divided in units of blocks shown in FIG. 9. FIG.
11 is a flowchart sequentially illustrating a method for detecting a position of a railway vehicle using an image according to the present invention.
FIG. 12 is a view illustrating a state in which an image is adjusted through a projection technique in the vertical conversion step of the present invention shown in FIG. 11.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail preferred embodiments of the position detection system and position detection method of a railway vehicle using the image according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4의 (a),(b),(c)는 도 3에 나타낸 본 발명 중 표시기의 실시예를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 3에 나타낸 본 발명 중 차상장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 6은 도 3에 나타낸 본 발명 중 카메라를 통해 획득된 영상의 일실시예를 나타낸 도면이며, 도 7은 도 3에 나타낸 본 발명 중 카메라를 통해 획득된 영상의 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 5에 나타낸 본 발명 중 영상처리유닛과 인프라 DB 사이의 작동관계를 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 9는 도 3에 나타낸 본 발명 중 카메라를 통해 획득된 영상을 블록 단위로 분할한 모습을 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9에 나타낸 블록 단위로 분할된 영상을 이용하여 블록매칭을 통해 이동거리를 계산하는 모습을 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 12는 도 11에 나타낸 본 발명 중 수직변환단계에서 프로젝션 기법을 통해 영상을 조정하는 모습을 나타낸 도면이다.
Figure 3 is a schematic diagram showing a position detection system of a railway vehicle using an image according to the present invention, Figure 4 (a), (b), (c) is an embodiment of the indicator of the present invention shown in FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a vehicle apparatus of the present invention shown in FIG. 3, FIG. 6 is a view showing an embodiment of an image acquired through a camera of the present invention shown in FIG. FIG. 7 is a view showing another embodiment of an image acquired through a camera of the present invention shown in FIG. 3, and FIG. 8 conceptually illustrates an operation relationship between an image processing unit and an infrastructure DB of the present invention shown in FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which an image acquired by a camera of the present invention shown in FIG. 3 is divided in block units, and FIG. 10 is a block matching using the image segmented in block units shown in FIG. 9. Through this FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of detecting a position of a railway vehicle using an image according to the present invention. FIG. 12 is a flowchart illustrating a projection technique in the vertical conversion step of the present invention shown in FIG. 11. The figure shows how to adjust the image.
본 발명은 특정 마커나 특정 지점을 카메라(110)를 통해 인지하여 절대위치를 검지하고, 카메라(110) 영상에서 블록매칭기법을 사용하여 절대위치에서의 거리를 검지함으로써, 정확한 현재의 위치를 검지할 수 있도록 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템은 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 카메라(110)를 포함하는 차상장치(100)와, 표시부로 이루어지는 지상장치(200)를 포함하여 이루어진다.The present invention detects the absolute position by recognizing a specific marker or a specific point through the
보다 상세히 설명하면, 상기 차상장치(100)는 철도차량의 차체에 설치되어 주행중인 철도차량의 실시간 위치를 파악할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 주행지역 주변의 영상을 획득할 수 있도록 하는 카메라(110)를 포함하여 구성된다.In more detail, the on-
즉, 상기 카메라(110)는 철도차량의 차체 내에 설치되어 후술할 지상장치(200)를 구성하는 표시기(210) 또는 인프라 DB(130)에 저장되는 특징 점(220)을 포함하는 특정 지역의 영상 등을 촬영함으로써 주행 중인 철도차량의 실시간 절대 위치를 파악할 수 있도록 하는 기초 정보를 제공하는 역할을 하는 것이다.That is, the
이때, 상기 카메라(110)는 철도차량의 전두부에 구비되는 차장의 내측 즉, 운전실에 촬영각도의 조절이 가능하도록 설치되어 설치 및 조작이 용이하도록 함과 동시에 보다 넓은 시야를 확보할 수 있도록 구성되어 있다.In this case, the
또한, 상기 카메라(110)는 운전실의 내측에 설치되므로 철도차량의 주행에 필요한 다른 시스템들과 독립적인 설치가 가능하고, 철도차량의 주행 중에 발생하는 충격에 의한 오작동이나 파손을 예방할 수도 있다.In addition, since the
그리고, 상기 카메라(110)는 다수 개가 설치되어 철도차량의 주행 중에 보다 다양한 영상을 촬영할 수 있도록 함으로써 위치검지의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 구성될 수도 있다.In addition, the
즉, 철도차량의 운전실 내측에 후술할 표시기(210)를 촬영하는 카메라(110), 선로를 촬영하는 카메라(110), 특징 점(220)을 포함하는 주행 지역의 영상을 촬영하는 카메라(110)를 별도로 설치하여 후술할 위치검지 과정에서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.That is, the
다음, 상기 지상장치(200)를 구성하는 표시기(210)는 선로 주변의 지상에 일정 간격으로 설치되는 것으로, 상기 표시기(210)의 표면에는 카메라(110)에서 인식이 가능한 패턴으로 기록되는 지상의 절대위치정보가 포함되어 있다.Next, the
즉, 철도차량이 주행하는 선로 주변에는 일정 간격으로 표시기(210)가 설치되고, 상기 표시기(210)의 표면에는 철도차량의 현재 위치를 검지할 수 있도록 하는 절대위치정보가 기록되어 주행 중인 철도차량에 구비된 카메라(110)에 의해 식별될 수 있도록 구성된 것이다.That is, the
이때, 도 4의 (a),(b),(c)에 나타낸 바와 같이, 상기 표시기(210)에 기록되는 절대위치정보로는 절대위치 값 자체를 킬로정과 같은 숫자(214)로 직접 기록하여 사용하거나, QR코드(216) 또는 바코드(218) 형태의 마커를 표시기(210)의 표면에 부착하여 사용할 수 있다.At this time, as shown in (a), (b), (c) of FIG. 4, the absolute position value recorded on the
또한, 상기 표시기(210)의 외측에는 흰색의 테두리부(212)가 구비되는데, 상기 흰색 테두리부(212)는 카메라(110)에 의해 촬영된 영상 중에서 표시기(210)에 기록된 절대위치정보를 보다 용이하고 신속하게 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다.In addition, the outer edge of the
즉, 상기 표시기(210)의 외측에 흰색 테두리부(212)를 형성하고, 그 내측에 절대위치정보를 숫자(214), QR코드(216) 또는 바코드(218)의 형태로 기록함으로써 표시기(210)의 가로,세로 비율과 흰색 테두리를 이용하여 카메라(110)에 의해 촬영된 영상 내에서의 표시기(210) 좌표를 빠르게 찾을 수 있도록 하고, 그에 따라 흰색 테두리부(212)의 내측에 기록된 절대위치정보를 보다 신속하게 확인할 수 있도록 구성된 것이다.That is, the
한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 차상장치(100)는 영상처리유닛(120)과 인프라 DB(130) 및 열차위치결정 유닛(140)을 더 포함하여 구성되는데, 상기 영상처리유닛(120)은 카메라(110)에 의해 획득된 영상으로부터 철도차량의 절대위치를 확인하여 주행중인 철도차량의 실시간 위치를 계산할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 인프라 DB(130)는 영상처리유닛(120)에 의해 확인된 절대위치와 매칭되는 위치 절대값을 데이터화하여 저장하는 역할을 하는 것이며, 상기 열차위치결정 유닛(140)은 인프라 DB(130)에 저장된 위치 절대값을 이용하여 영상처리유닛(120)에 의해 계산된 철도차량의 절대위치로부터 주행중인 철도차량의 현재 위치를 결정하여 지상의 차량기지 등으로 전송하는 역할을 하는 것이다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the on-
보다 상세히 설명하면, 상기 영상처리유닛(120)은 패턴인식부(122)와 블록매칭부(124)를 포함하여 구성되는데, 상기 패턴인식부(122)는 카메라(110)에 의해 획득된 영상으로부터 표시기(210)에 기록된 절대위치정보의 패턴을 인식하여 주행중인 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 블록매칭부(124)는 패턴인식부(122)에서 확인된 절대위치와 매칭되는 위치 절대값을 인프라 DB(130)로부터 수신하여 블록매칭(SAD: Sum of Absolute Difference)기법을 통해 철도차량의 이동거리를 계산하는 역할을 하는 것이다.In more detail, the
즉, 상기 패턴인식부(122)에서는 카메라(110)를 통해 얻은 영상에서 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있는 패턴, 즉 절대위치정보가 기록된 표시기(210)가 있는지 확인하게 되는데, 이때, 표시기(210)의 가로,세로 비율과 흰색 테두리를 이용하여 영상 내에서의 표시기(210) 좌표를 신속하게 찾아낸다.That is, the
그 후, 표시기(210)에 기록된 절대위치정보를 확인하게 되는데, 표시기(210)에 기록된 절대위치정보가 숫자(214)인 경우에는 문자인식을 통해 절대위치정보를 확인하게 되고, 표시기(210)에 기록된 절대위치정보가 QR코드(216)나 바코드(218) 형태의 마커로 기록된 경우에는 코드 인식을 통해 절대위치정보를 확인하게 된다.Thereafter, the absolute position information recorded on the
다음, 상기 블록매칭부(124)에서는 패턴인식부(122)에서 확인된 절대위치정보를 인프라 DB(130)에 기록된 데이터와 비교하여 철도차량의 절대위치를 확인하고, 다음 표시기(210)까지 주행하는 중의 실시간 철도차량의 위치를 검지하기 위해 가장 최근에 확인된 절대위치로부터 철도차량이 이동하였는지를 블록매칭기법을 이용하여 계산하는 역할을 하게 된다.Next, the
즉, 상기 블록매칭부(124)에서는 먼저 패턴인식부(122)에서 확인된 절대위치정보를 인프라 DB(130)에 기록된 데이터와 매칭시켜 철도차량의 절대위치를 확인한 후, 카메라(110)에 의해 실시간으로 획득되는 영상을 도 9에 나타낸 바와 같이 일정크기의 블록으로 분할한다.That is, the
그 후, 분할된 각각의 블록마다 바로 이전 프레임에서의 해당 블록을 찾게 되는데, 도 10에 나타낸 바와 같이, 현재 프레임을 (i)th 프레임이라 하고, 바로 이전 프레임을 (i-1)th 프레임이라 할 경우, 현재 프레임에서의 특정 블록을 선정하여 바로 이전 프레임의 해당 위치를 시작으로 철도차량 진행 방향의 반대 방향으로 유사한 블록을 탐색한다.Thereafter, for each divided block, the corresponding block in the immediately preceding frame is found. As shown in FIG. 10, the current frame is referred to as (i) th frame, and the immediately preceding frame is referred to as (i-1) th frame. In this case, a specific block in the current frame is selected and a similar block is searched in a direction opposite to the direction of the railway vehicle starting from the corresponding position of the previous frame.
이때, 유사한 블록의 탐색은 블록매칭 기법을 이용하여 수행하는데, 블록매칭(SAD: Sum of Absolute Differeence)은 해당 블록에 대해 이전 프레임과 현재 프레임의 각 픽셀 값 차이를 합한 값으로, 다음과 같은 수식에 의해 이루어진다.In this case, searching for a similar block is performed by using a block matching technique. Sum of Absolute Differeence (SAD) is a sum of differences between respective pixel values of the previous frame and the current frame for the block. Is made by.
이때, B는 블록, S는 탐색 윈도우의 크기, P는 블록 내의 픽셀을 의미한다.In this case, B is a block, S is the size of a search window, and P is a pixel in the block.
즉, 현재 프레임에서의 특정 블록을 선정하고, 이전 프레임에서 철도차량의 진행방향과 반대 방향으로 탐색하여 선정된 블록과 유사한 블록을 선정한 후 상기 수식을 이용하여 블록매칭을 통해 철도차량의 이동거리(d)를 계산하고(도 10 참조), 이러한 과정의 반복을 통해 표시기(210)와 인프라 DB(130)에 의해 확인된 철도차량의 절대위치로부터의 철도차량의 이동거리를 확인함으로써 철도차량의 실시간 위치를 확인할 수 있게 되는 것이다.That is, a specific block in the current frame is selected, a block similar to the selected block is selected by searching in a direction opposite to the traveling direction of the railroad car in the previous frame, and the moving distance ( d) (see FIG. 10), and by repeating this process, confirming the moving distance of the railway vehicle from the absolute position of the railway vehicle identified by the
다음, 상기 인프라 DB(130)는 영상처리유닛(120)의 패턴인식부(122)에서 확인된 철도차량의 절대위치정보에 매칭되는 값들을 데이터화하여 저장함으로써 철도차량의 절대위치를 알아낼 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 전술한 바와 같이, 패턴인식부(122)에서 카메라(110)에 의해 획득된 영상으로부터 표시기(210)에 기록된 절대위치정보를 확인하게 되면, 이를 인프라 DB(130)에 저장된 데이터와 비교하여 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있도록 구성되어 있다.Next, the
이때, 상기 인프라 DB(130)에 저장되는 데이터에는 표시기(210)에 기록된 절대위치정보에 매칭되는 위치 절대값 뿐만 아니라, 철도차량이 주행하는 도중에 철도차량의 위치를 확인할 수 있도록 하는 특징 점(220)들을 포함하는 특정지역의 위치 절대값이 포함될 수도 있다.At this time, the data stored in the infrastructure DB (130) has a feature point to determine the position of the railway vehicle while the railway vehicle is running, as well as the absolute value of the position matching the absolute position information recorded on the display 210 ( It may also include the absolute value of the location of the particular region including the 220.
즉, 절대위치정보가 기록된 표시기(210)를 확인하지 않고서도, 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있도록 하기 위하여 특징 점(220)들을 포함하는 특정지역의 위치 절대값을 사용하는 것이다.That is, the absolute value of the specific region including the feature points 220 is used to confirm the absolute position of the railway vehicle without checking the
보다 상세히 설명하면, 사전 운행을 통해 카메라(110)를 이용하여 철도차량이 운행하는 지역의 영상을 미리 확보한 후, 도 7에 나타낸 바와 같이, 촬영된 영상 중에서 절대위치를 확인할 수 있는 특징이 되는 특징 점(220)들을 선정하여 특징 점(220)을 포함하는 영상과 함께 그 영상에 매칭되는 위치 절대값을 데이터화하여 인프라 DB(130)에 저장시킴으로써 선로 주변에 별도의 표시기(210)를 설치하지 않고서도 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있게 되는 것이다.In more detail, after securing the image of the region in which the railway vehicle operates by using the
이러한 경우에도, 전술한 영상처리유닛(120)을 이용하여 주행중인 철도차량의 실시간 위치를 확인할 수 있음은 물론이다.Even in such a case, it is a matter of course that the real-time position of the railroad vehicle being driven can be confirmed using the
한편, 상기 인프라 DB(130)에는 저장되어 있는 각 위치 절대값에서의 선로의 곡선, 구배 및 철도차량의 제한속도와 같은 인프라 데이터가 추가로 저장될 수 있는데, 이와 같은 인프라 데이터는 도 8에 나타낸 바와 같이, 영상처리유닛(120)에 전송되어 철도차량의 절대위치 확인의 신뢰성을 확보할 수 있도록 함과 동시에 영상처리유닛(120)에 전송된 데이터를 운전자가 확인할 수 있도록 함으로써 철도차량의 주행안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.Meanwhile, the
즉, 상기 영상처리유닛(120)에서 카메라(110)에 의해 획득된 영상으로부터 표시기(210)에 표시된 절대위치정보나 특정 지역에 위치하는 특징 점(220)들을 인식하여 인프라 DB(130)로 전송하면, 인프라 DB(130)에서는 그에 해당하는 절대위치의 위치 절대값을 영상처리유닛(120)으로 전송하여 철도차량의 실시간 위치를 계산할 수 있도록 하고, 계산된 실시간 위치를 다시 인프라 DB(130)로 전송하면, 인프라 DB(130)에 저장된 선로의 곡선, 구배 및 철도차량의 제한속도와 같은 인프라 데이터를 다시 영상처리유닛(120)으로 전송할 수 있도록 구성된 것이다.That is, the
또한, 상기 인프라 DB(130)에는 외부 통신 인터페이스(150)가 연결 설치되는데, 상기 외부 통신 인터페이스(150)는 인프라 DB(130)의 업데이트를 위해 사용되는 것이다.In addition, the
즉, 선로에 표시기(210) 설치가 추가되거나, 특징 점(220)을 포함하는 특정지역의 영상이 추가되어 위치 절대값을 추가하는 경우나, 표시기(210) 설치 위치가 변경되어 위치 절대값을 변경해야 하는 경우 및 그에 따른 인프라 데이터를 추가 또는 변경하는 경우에는 인프라 DB(130)에 저장되는 데이터들을 업데이트해야 하는데, 이러한 경우 인프라 DB(130)에 연결 설치되는 외부 통신 인터페이스(150)를 이용하여 인프라 DB(130)에 저장된 데이터들을 업데이트하는 것이다.That is, when the
이때, 상기 외부 통신 인터페이스(150)는 도 5에 나타낸 바와 같이, USB 포트(152)와 WRAN(154)을 포함하여 구성되는데, 상기 USB 포트(152)는 USB(Universal Serial Bus) 형태의 인터페이스를 통해 USB 메모리에 저장되어 있는 데이터 파일을 엑세스 함으로써 인프라 DB(130)를 업데이트할 수 있도록 하기 위한 것이고, 상기 WRAN(154)(Wireless Regional Area Network)은 철도차량이 차량 기지 등에 머물러 있는 경우 LAN 접속을 통해 지상에 설치된 중앙 서버 등의 장치와 통신함으로써 인프라 DB(130)를 업데이트할 수 있도록 하기 위한 것이다.In this case, as illustrated in FIG. 5, the
다음, 상기 열차위치결정 유닛(140)은 영상처리유닛(120)의 패턴인식부(122)에서 확인된 철도차량의 절대위치와 블록매칭부(124)에서 계산된 철도차량의 이동거리를 종합하여 주행중인 철도차량의 현재 위치를 결정하고, 이를 지상의 차량기지 등으로 전송하는 역할을 하는 것이다.
Next, the
다음, 첨부된 도면을 참고로 하여 전술한 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템을 이용하여 철도차량의 현재 위치를 검지하는 위치검지방법을 상세히 설명하기로 한다.Next, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the position detection method for detecting the current position of the railway vehicle using the position detection system of the railway vehicle using the image according to the present invention.
본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법은 도 11에 나타낸 바와 같이, 크게 인프라 DB 생성단계(S10)와, 영상촬영단계(S20), 패턴인식단계(S30) 및 절대위치 확인단계(S40)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 11, a method for detecting a position of a railway vehicle using an image according to the present invention includes an infrastructure DB generation step (S10), an image photographing step (S20), a pattern recognition step (S30), and an absolute position checking step ( S40) is made.
보다 상세히 설명하면, 먼저 상기 인프라 DB 생성단계(S10)는 선로 주변에 일정 간격으로 설치되는 표시기(210)에 표시된 지상의 절대위치정보 또는 특징 점(220)을 포함하는 특정 지역의 절대위치정보를 데이터화하여 인프라 DB(130)에 저장하는 단계에 관한 것이다.In more detail, first, the infrastructure DB generating step (S10) is the absolute position information of the specific area including the absolute position information or feature
즉, 표시기(210)에 숫자(214), QR코드(216) 또는 바코드(218) 중의 어느 하나의 형태로 기록되는 절대위치정보와 매칭되는 위치 절대값과, 선행 주행을 통해 획득된 영상으로부터 선정된 특징 점(220)을 포함하는 특정지역의 영상 및 그에 해당되는 절대위치정보와 매칭되는 위치 절대값을 데이터화하여 인프라 DB(130)에 저장함으로써 철도차량의 주행 중 카메라(110)에 의해 촬영되는 영상으로부터 절대위치정보를 확인하면 그에 해당되는 위치 절대값을 인프라 DB(130)로부터 얻을 수 있도록 하는 것이다.That is, a position absolute value matching the absolute position information recorded in any one of the
이때, 전술한 바와 같이, 상기 인프라 DB 생성단계(S10)에서는 각 위치 절대값에서의 선로의 곡선, 구배 및 철도차량의 제한속도와 같은 인프라 데이터를 인프라 DB(130)에 추가로 저장할 수도 있다.At this time, as described above, the infrastructure DB generation step (S10) may further store the infrastructure data, such as the curve of the line at each position absolute value, the gradient and the speed limit of the railway vehicle in the infrastructure DB (130).
다음, 상기 영상촬영단계(S20)는 철도차량의 전두부 차창 내측에 설치되는 한 대 이상의 카메라(110)를 이용하여 주행중인 철도차량의 외부 영상을 촬영하는 단계에 관한 것으로, 주행하는 선로의 영상, 선로 주변에 일정 간격으로 설치되는 표시기(210)의 영상 및 기선정된 특징 점(220)을 포함하는 특정 지역의 영상 등을 촬영하게 된다.Next, the image recording step (S20) relates to the step of taking an external image of the railroad car running by using one or
다음, 상기 패턴인식단계(S30)는 카메라(110)에 연결 설치되는 영상처리유닛(120)을 이용하여 카메라(110)를 통해 촬영된 영상으로부터 주행중인 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있는 패턴을 확인하여 인식하는 단계에 관한 것으로, 상기 패턴에는 표시기(210)에 숫자(214), QR코드(216) 또는 바코드(218)의 형태로 기록되는 절대위치정보와 기 설정된 특징 점(220)을 포함하는 특정지역의 영상 등이 포함된다.Next, the pattern recognition step (S30) is a pattern that can determine the absolute position of the railway vehicle running from the image taken through the
이때, 상기 패턴인식단계(S30)에서 영상처리유닛(120)을 이용하여 주행중인 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있는 패턴을 확인하는 과정은 전술한 위치검출 시스템의 패턴인식부(122)에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.At this time, in the pattern recognition step (S30) using the
한편, 상기 패턴인식단계(S30) 이후에는 영상 보정단계(S35)를 더 포함할 수 있는데, 상기 영상 보정단계(S35)는 철도차량의 절대위치정보를 확인할 수 있는 패턴, 즉 표시기(210) 또는 특징 점(220)을 포함하는 특정지역의 크기 및 모양을 일정한 크기 및 모양으로 정규화하는 역할을 하는 것이다.On the other hand, after the pattern recognition step (S30) may further include an image correction step (S35), the image correction step (S35) is a pattern that can determine the absolute position information of the railway vehicle, that is, the
즉, 표시기(210) 또는 특징 점(220)을 포함하는 특정지역의 영상의 크기 및 모양은 카메라(110)가 영상을 촬영한 각도와 거리에 따라 매번 달라질 수 있으므로 철도차량의 절대위치정보를 확인할 수 있는 패턴을 포함하는 영상을 다시 일정한 크기와 모양으로 정규화함으로써 식별의 정확성을 향상시키는 것이다. That is, the size and shape of the image of the specific region including the
다음, 상기 절대위치 확인단계(S40)는 패턴인식단계(S30)에서 인식된 절대위치정보의 패턴을 인프라 DB(130)에 기 저장된 데이터와 비교하여 주행중인 철도차량의 절대위치를 확인하는 단계에 관한 것으로, 카메라(110)에 의해 촬영된 영상에서 절대위치정보를 포함하는 패턴을 인식한 경우, 인식된 패턴에 대응되는 위치 절대값을 인프라 DB(130)에 저장되어 있던 데이터로부터 찾아내어 철도차량의 절대위치를 확인할 수 있게 된다.Next, the absolute position confirming step (S40) is in the step of confirming the absolute position of the railroad car running by comparing the pattern of the absolute position information recognized in the pattern recognition step (S30) with the data previously stored in the infrastructure DB (130) When a pattern including absolute position information is recognized in an image photographed by the
한편, 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법은 상기 절대위치 확인단계(S40) 이후에 이동거리 계산단계(S50)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 이동거리 계산단계(S50)는 특정 절대위치를 지난 시점으로부터 철도차량의 이동거리를 계산하는 역할을 하는 것이다.On the other hand, the position detection method of the railway vehicle using the image according to the present invention may be configured to further include a movement distance calculation step (S50) after the absolute position confirmation step (S40), the movement distance calculation step (S50) Calculates the distance traveled by railroad cars from a certain absolute position.
즉, 상기 절대위치 확인단계(S40)에서는 인프라 DB(130)에 저장되어 있는 위치 절대값을 통과하는 철도차량만을 확인할 수 있는 것임에 비해, 상기 이동거리 계산단계(S50)에서는 특정 절대위치로부터의 철도차량의 이동거리를 계산함으로써 주행 중인 철도차량의 현재 위치, 즉 실시간 위치를 정확하게 검지할 수 있게 되는 것이다.That is, in the absolute position confirming step (S40), only the railroad vehicle passing through the absolute value of the position stored in the
이때, 상기 이동거리 계산단계(S50)에서는 영상처리유닛(120)을 이용하여 카메라(110)를 통해 촬영된 영상을 일정 크기의 블록 단위로 분할한 후, 블록매칭기법을 이용하여 철도차량의 이동거리를 계산하게 되는데, 이러한 과정은 전술한 위치검지시스템에서의 블록매칭부(124)에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.At this time, in the moving distance calculation step (S50), the image taken by the
한편, 상기 이동거리 계산단계(S50)에서는 철도차량의 이동거리를 보다 정확히 측정할 수 있도록 하기 위하여 수직변환단계(S55)를 거치게 되는데, 상기 수직변환단계(S55)는 도 12에 나타낸 바와 같이, 카메라(110)에 의해 촬영된 영상을 카메라(110)의 설치각도와 수직을 이루도록 변환하는 역할을 하는 것이다.On the other hand, in the moving distance calculation step (S50) to go through the vertical conversion step (S55) in order to more accurately measure the moving distance of the railway vehicle, the vertical conversion step (S55) is shown in Figure 12, It is to convert the image taken by the
즉, 카메라(110)에 의해 촬영되는 선로의 영상은 카메라(110)의 설치 각도에 따라 달라질 수 있고, 도 12의 좌측에 도시된 바와 같이 선로의 영상이 촬영될 경우 블록매칭기법을 이용한 이동거리 계산단계(S50)에서 오차가 발생할 수 있으므로, 카메라(110)에 의해 촬영된 영상을 블록 단위로 분할하기 이전에 프로젝션 기법을 통해 도 12의 우측에 도시된 바와 같이 카메라(110)의 설치각도와 수직을 이루도록 변환함으로써 블록매칭기법을 이용한 이동거리 계산의 정확성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.That is, the image of the track taken by the
상기와 같이 특정 절대위치를 지난 시점으로부터의 이동거리 계산이 완료되면, 절대위치 확인단계(S40)에서 확인된 철도차량의 절대위치와, 이동거리 계산단계(S50)에서 계산된 이동거리를 이용하여 주행 중인 철도차량의 현재 위치를 확인할 수 있게 된다.As described above, when the movement distance from the point of time passing the specific absolute position is completed, the absolute position of the railway vehicle confirmed in the absolute position checking step (S40) and the movement distance calculated in the movement distance calculating step (S50). It is possible to check the current position of the railroad car being driven.
한편, 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법은 인프라 DB 업데이트단계(S15)를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 인프라 DB 업데이트단계(S15)는 인프라 DB(130)에 연결 설치되는 외부 통신 인터페이스(150)를 이용하여 인프라 DB(130)에 저장되는 데이터, 즉 표시기(210)에 숫자(214), QR코드(216) 또는 바코드(218) 중의 어느 하나의 형태로 기록되는 절대위치정보와 매칭되는 위치 절대값과, 선행 주행을 통해 획득된 영상으로부터 선정된 특징 점(220)을 포함하는 특정지역의 영상 및 그에 해당되는 절대위치정보와 매칭되는 위치 절대값과, 각 위치 절대값에서의 선로의 곡선, 구배 및 철도차량의 제한속도와 같은 인프라 데이터를 업데이트하는 역할을 하는 것이다.On the other hand, the position detection method of the railway vehicle using the image according to the present invention may be configured to further include an infrastructure DB update step (S15), the infrastructure DB update step (S15) is connected to the
이때, 상기 인프라 DB(130)의 업데이트가 외부 통신 인터페이스(150)에 구비된 USB 포트(152)와 WRAN(154)을 통하여 이루어지는 것은 전술한 바와 같으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.In this case, since the update of the
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 의하면, 상대적으로 비용이 저렴한 카메라(110)와 지상 표시기(210)를 이용하여 철도차량의 위치를 정확히 검지할 수 있도록 함으로써 설치비용 및 유지보수 비용을 절감시킬 수 있고, 특정 마커나 특정 지점을 카메라(110)를 통하여 인지하여 절대위치를 검지하고, 카메라(110) 영상에서 블록매칭기법을 사용하여 절대위치에서의 거리를 검지함으로써, 정확한 현재의 위치를 검지할 수 있으며, 기존 열차이동 측정에서의 가감속, 날씨 및 기후 변화시 발생하는 차량의 슬립/슬라이드에 따른 위치측정 오류를 해결할 수 있고, 기존의 철도차량 시스템과 독립적으로 설치가 가능하며, 어떠한 차량에도 설치 및 운영이 가능할 뿐만 아니라, 비교적 가격이 저렴한 카메라(110)의 설치 대수를 추가함으로써 용이하게 철도차량 위치검지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
Therefore, according to the position detecting system and the position detecting method of the railway vehicle using the image according to the present invention configured as described above, the position of the railway vehicle accurately using the
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described for illustrative purposes, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible in the exemplary embodiments without materially departing from the novel teachings and advantages of this invention.
본 발명은 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 마커나 특정 지점을 카메라를 통해 인지하여 절대위치를 검지하고, 카메라 영상에서 블록매칭기법을 사용하여 절대위치에서의 거리를 검지함으로써, 정확한 현재의 위치를 검지할 수 있도록 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템 및 위치검지방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a position detection system and a position detection method of a railway vehicle using an image, and more particularly, to detect an absolute position by recognizing a specific marker or a specific point through a camera, and using a block matching technique in a camera image. The present invention relates to a position detection system and a position detection method of a railroad car using an image that detects a distance from an absolute position so that an accurate current position can be detected.
100 : 차상장치 110 : 카메라
120 : 영상처리유닛 122 : 패턴인식부
124 : 블록매칭부 130 : 인프라 DB
140 : 열차위치결정 유닛 150 : 외부 통신 인터페이스
152 : USB 포트 154 : WRAN
200 : 지상장치 210 : 표시기
212 : 테두리부 214 : 숫자
216 : QR코드 218 : 바코드
220 : 특징 점 S10 : 인프라 DB 생성단계
S15 : 인프라 DB 업데이트단계 S20 : 영상촬영단계
S30 : 패턴인식단계 S35 : 영상보정단계
S40 : 절대위치 확인단계 S50 : 이동거리 계산단계
S55 : 수직변환단계100: car onboard device 110: camera
120: image processing unit 122: pattern recognition unit
124: block matching unit 130: infrastructure DB
140: train positioning unit 150: external communication interface
152: USB port 154: WRAN
200: ground apparatus 210: indicator
212: border portion 214: number
216: QR code 218: barcode
220: feature point S10: infrastructure DB generation step
S15: Infrastructure DB update step S20: Image taking step
S30: pattern recognition step S35: image correction step
S40: absolute position checking step S50: moving distance calculating step
S55: vertical conversion step
Claims (16)
선로 주변의 지상에 일정 간격으로 설치되고, 카메라에서 인식 가능한 패턴으로 기록되는 지상의 절대위치정보를 포함하는 표시기로 이루어지는 지상장치를 포함하여 구성되는 철도차량의 위치검지 시스템에 있어서,
상기 차상장치는 카메라에 의해 획득된 영상으로부터 철도차량의 절대위치를 확인하고 계산하는 영상처리유닛과,
상기 영상처리유닛에 의해 확인된 절대위치와 매칭되는 위치 절대값이 저장되어 있는 인프라 DB와,
상기 인프라 DB에 저장된 위치 절대값을 이용하여 영상처리유닛에 의해 계산된 철도차량의 절대위치로부터 철도차량의 현재 위치를 결정하는 열차위치결정 유닛을 포함하여 이루어지되,
상기 영상처리유닛은 카메라에 의해 획득된 영상으로부터 표시기에 기록된 패턴을 인식하여 철도차량의 절대위치를 확인하는 패턴인식부와, 상기 패턴인식부에서 확인된 절대위치와 매칭되는 위치 절대값을 인프라 DB로부터 수신하여 블록매칭 기법을 통해 철도차량의 이동거리를 계산하는 블록매칭부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
On-vehicle device that is installed on the railroad car body and includes a camera for obtaining an image,
In the position detection system of a railway vehicle comprising a ground device which is installed on the ground around the track at regular intervals and includes an indicator including absolute position information of the ground recorded in a pattern recognizable by a camera,
The on-vehicle device includes an image processing unit for identifying and calculating an absolute position of a railway vehicle from an image obtained by a camera;
An infrastructure DB storing an absolute value of a position matching the absolute position identified by the image processing unit;
It includes a train positioning unit for determining the current position of the railway vehicle from the absolute position of the railway vehicle calculated by the image processing unit using the absolute value of the position stored in the infrastructure DB,
The image processing unit recognizes the pattern recorded on the indicator from the image acquired by the camera to determine the absolute position of the railway vehicle, and the position absolute value matching the absolute position identified in the pattern recognition unit Position detection system of a railway vehicle using an image, characterized in that it comprises a block matching unit for receiving the DB from the block to calculate the moving distance of the railway vehicle through a block matching technique.
상기 블록매칭부에서는,
식을 통해 블록매칭을 수행하여 철도차량의 이동거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
(이때, B는 블록, S는 탐색 윈도우의 크기, P는 블록 내의 픽셀을 의미한다.)
The method of claim 1,
In the block matching section,
Position detection system of a railway vehicle using the image, characterized in that to calculate the moving distance of the railway vehicle by performing block matching through the equation.
(B is the block, S is the size of the search window, and P is the pixel in the block.)
상기 인프라 DB는 영상처리유닛에 의해 확인된 절대위치에 대한 선로의 곡선, 선로의 구배 및 제한 속도를 포함하는 인프라 데이터를 영상처리유닛에 제공하는 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
The method of claim 1,
The infrastructure DB is a position detection system of a railway vehicle using an image, characterized in that to provide the image processing unit with infrastructure data, including the curve of the line to the absolute position identified by the image processing unit, the gradient of the line and the speed limit .
상기 인프라 DB에는 위치 절대값 및 인프라 데이터의 업데이트를 위한 외부 통신 인터페이스가 연결 설치된 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
5. The method of claim 4,
The infrastructure DB position detection system using the image, characterized in that the external communication interface for connecting the absolute value of the location and the infrastructure data is installed in the infrastructure DB.
상기 외부 통신 인터페이스는 USB 메모리에 저장되어 있는 데이터 파일을 엑세스 할 수 있도록 하는 USB 포트와, LAN 접속을 통해 지상에 설치된 장치와의 통신에 의해 데이터를 업데이트할 수 있도록 하는 WLAN을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
The method according to claim 6,
The external communication interface includes a USB port for accessing a data file stored in a USB memory, and a WLAN for updating data by communication with a device installed on the ground through a LAN connection. Position detection system for railroad cars using images.
상기 표시기는 외측에 흰색 테두리부가 구비되고, 지상의 절대위치정보는 상기 흰색 테두리부의 내측에 기록된 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
The method of claim 1,
The indicator is provided with a white edge portion on the outside, the position information of the railroad vehicle using the image, characterized in that the absolute position information of the ground is recorded inside the white edge portion.
상기 절대위치정보는 숫자, QR코드 및 바코드 중 어느 하나의 형태로 기록된 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
The method of claim 8,
The absolute position information is a position detection system of a railway vehicle using an image, characterized in that recorded in the form of any one of numbers, QR code and bar code.
상기 카메라는 철도차량의 전두부에 구비되는 차창의 내측에 설치된 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
The method of claim 1,
Wherein the camera is a railroad vehicle position detection system using an image, characterized in that installed on the inside of the windshield provided in the front head of the vehicle.
철도차량 차체에 설치되어 영상을 획득하는 카메라와,
상기 카메라를 통해 촬영된 영상 중 특징 점을 포함하는 특정 지점의 절대위치를 영상과 함께 데이터화하여 저장하는 인프라 DB와,
상기 카메라에서 획득된 영상이 특징 점을 포함하는 특정 지점의 영상인지를 판별하고, 인프라 DB에 저장된 데이터와 비교하여 해당 지점의 절대위치를 확인하는 영상처리 유닛을 포함하여 구성되되,
상기 인프라 DB는 영상처리유닛에 의해 확인된 절대위치에 대한 선로의 곡선, 선로의 구배 및 제한 속도를 포함하는 인프라 데이터를 영상처리유닛에 제공하는 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지 시스템.
In the position detection system of a railway vehicle,
A camera installed on the railroad car body to acquire an image;
An infrastructure DB for storing the absolute position of a specific point including a feature point among images captured by the camera and storing the data together with the image;
And an image processing unit for determining whether the image acquired by the camera is an image of a specific point including a feature point and comparing the data stored in the infrastructure DB to identify the absolute position of the corresponding point.
The infrastructure DB is a position detection system of a railway vehicle using an image, characterized in that to provide the image processing unit with infrastructure data, including the curve of the line to the absolute position identified by the image processing unit, the gradient of the line and the speed limit .
표시기에 표시된 지상의 절대위치정보 또는 특징 점을 포함하는 특정지역의 절대위치정보를 데이터화하여 인프라 DB에 저장하는 인프라 DB 생성단계와,
카메라를 이용하여 철도차량 주행 중의 외부 영상을 촬영하는 영상촬영단계와,
영상처리 유닛을 이용하여 카메라를 통해 촬영된 영상으로부터 절대위치를 확인할 수 있는 표시기 또는 특징 점을 포함하는 특정지역의 패턴을 인식하는 패턴인식단계와,
상기 패턴인식단계에서 인식된 패턴을 인프라 DB에 저장된 데이터와 비교하여 철도차량의 절대위치를 확인하는 절대위치 확인단계와,
상기 절대위치 확인단계 이후에 영상처리 유닛을 이용하여 카메라를 통해 촬영된 영상을 일정 크기의 블록 단위로 분할하고 블록매칭 기법을 수행하여 철도차량의 이동거리를 계산하는 이동거리 계산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법.
In the position detection method of a railway vehicle,
An infrastructure DB generation step of storing absolute location information of a specific region including the absolute location information or characteristic points of the ground displayed on the indicator and storing them in an infrastructure DB;
An image recording step of photographing an external image while driving a railway vehicle using a camera;
A pattern recognition step of recognizing a pattern of a specific region including an indicator or a feature point that can identify an absolute position from an image captured by the camera using an image processing unit;
An absolute position checking step of checking the absolute position of the railway vehicle by comparing the pattern recognized in the pattern recognition step with data stored in the infrastructure DB;
And a moving distance calculating step of calculating moving distances of railway vehicles by dividing the image photographed by the camera using a image processing unit into blocks of a predetermined size after performing the absolute position checking step and performing a block matching technique. Position detection method of a railway vehicle using an image characterized by.
상기 이동거리 계산단계는 카메라를 통해 촬영된 영상을 일정 크기의 블록 단위로 분할하기 이전에 프로젝션 기법을 통해 상기 영상이 카메라의 설치각도와 수직을 이루도록 변환하는 수직변환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법.
13. The method of claim 12,
The moving distance calculating step includes a vertical conversion step of converting the image taken by the camera to be perpendicular to the installation angle of the camera through a projection technique before dividing the image photographed by the camera into blocks of a predetermined size. Position detection method of railway vehicle using image.
상기 패턴인식단계 이후에 인식된 패턴이 포함된 영상에서 표시기 또는 특징 점을 포함하는 특정지역의 크기 및 모양을 일정한 크기 및 모양으로 정규화하는 영상 보정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법.
13. The method of claim 12,
The image railroad using the image further comprises the step of normalizing the size and shape of the specific region including the indicator or feature point in the image including the pattern recognized after the pattern recognition step to a certain size and shape Vehicle position detection method.
상기 인프라 DB에 연결 설치되는 외부 통신 인터페이스를 이용하여 인프라 DB에 저장된 데이터들을 업데이트하는 인프라 DB 업데이트단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상을 이용한 철도차량의 위치검지방법.13. The method of claim 12,
And an infrastructure DB updating step of updating data stored in the infrastructure DB by using an external communication interface connected to and installed in the infrastructure DB.
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