KR101371531B1 - A system and a method for inspecting catenary through a vibration correction - Google Patents

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KR101371531B1
KR101371531B1 KR1020130114095A KR20130114095A KR101371531B1 KR 101371531 B1 KR101371531 B1 KR 101371531B1 KR 1020130114095 A KR1020130114095 A KR 1020130114095A KR 20130114095 A KR20130114095 A KR 20130114095A KR 101371531 B1 KR101371531 B1 KR 101371531B1
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이병곤
박종국
김정연
장순만
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한국철도공사
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Abstract

The present invention relates to a system and a method for inspecting a catenary through vibration correction which comprises: a measuring device of catenary height deflection installed on the top of the train and which is for measuring a catenary; a vehicle vibration correction device installed on the left and right of the lower portion of an inspection car and for correcting vibration and rolling of the inspection car in real-time when driven; and a data collecting device installed on the train and for collecting and analyzing measurement data outputted from the catenary height deflection measuring device and the vehicle vibration correction device in real-time. [Reference numerals] (110) Catenary measurement camera; (120) First line laser; (125) First power; (130) Filter; (140) First trigger controller; (150) Modulation controller; (200) Data collecting device; (210) Image grapher; (220) Industrial computer; (230) Tachometer interface; (240) Monitoring software performing tool; (250) Facilities DB; (300) Vehicle vibration correction device (Right); (310) Second trigger controller; (320) Orbit measurement camera; (330) Second power; (340) Second line laser; (AA) Top of the train; (BB) On the train; (CC) Bottom of the train; (DD) Vehicle vibration correction device (Left)

Description

진동 보정을 통한 전차선 검측시스템 및 검측방법{A System And A Method For Inspecting Catenary through A Vibration Correction}A System And A Method For Inspecting Catenary through A Vibration Correction}

본 발명은 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템 및 검측방법에 관한 것으로, 특히 차량의 진동과 롤링을 실시간 보정하여 전차선 높이와 편위를 정밀하게 검측할 수 있는 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템 및 검측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tramline detection system and detection method through vibration correction, and more particularly, to a tramline detection system and detection method through vibration correction that can accurately detect the height and deviation of the tramline by real-time correction of the vibration and rolling of the vehicle. will be.

전차선은 전동차에 전기를 공급하기 위한 시설물로서, 전차선 높이와 편위가 건축한계를 초과하면 전동차 팬터그래프와 접촉시 고장과 사고의 원인이 되므로 전차선의 신속 정확한 점검 및 효율적인 관리를 위한 고정밀 고속 전차선의 검측기술이 요구된다.Catenary is a facility for supplying electricity to electric vehicles. If the height and deviation of the catenary exceeds the building limit, it can cause breakdown and accidents when it comes in contact with the pantograph of the electric vehicle. Is required.

전기철도 차량의 고속화 및 운행횟수 증가 등으로 인한 전차선로 위험요소는 현재 증가하는 추세에 있다. The risk factors for tramway lines due to the increase in the number of trains and the speed of the electric railway vehicles are increasing.

전기차량의 집전장치와 접촉하기 위한 전차선은 전기철도 운행의 중요한 요소로서, 전기철도 차량은 팬터그래프를 사용하여 전차선으로부터 전력을 공급받아야 안정되게 고속으로 운행할 수 있다. 따라서, 전차선은 건축한계를 초과하지 않도록 일정한 높이와 편위를 갖도록 시공 및 유지 보수되어야 한다. Tramline for contacting the current collector of the electric vehicle is an important element of the operation of the electric railway, the electric railway vehicle can be stably operated at high speed only when the electric vehicle is supplied from the electric tank line using the pantograph. Therefore, the tramline should be constructed and maintained to have a certain height and deflection so as not to exceed the building limits.

전차선 검측은 검측차 진동 및 롤링 등의 영향으로 인하여 전차선 높이와 편위 검측시 오차를 발생시키게 되므로 이를 보정해 주어야 하는 문제점이 있었다.Tank line detection has a problem that must be corrected because the detection of the vehicle height and deviation due to the detection vehicle vibration and rolling effects.

전차선 편위/높이 등의 유지보수 점검 항목을 비접촉식 스테레오 비전 방식을 이용하여 연속 자동으로 측정하도록 한 스테레오 비전 방식을 이용한 전차선 측정 시스템이 개발되어 한국등록특허 10-1016024호로 등록된 바 있다.A catenary measuring system using a stereo vision method was developed and continuously registered to check maintenance items such as catenary deviation / height using a non-contact stereo vision method and registered as Korean Patent No. 10-1016024.

또한, 전차선에 검측용 표지를 설치하고, 상기 검측용 표지의 움직임을 전주에 설치된 고속카메라를 이용하여 획득된 영상을 처리함으로써, 전기차량 운행에 의한 전차선의 상하변위 및 진동을 측정할 수 있는 전차선의 압상량 및 진동 검측장치 및 그 방법이 개발되어 한국등록특허 10-1106935호로 등록된 바 있다.In addition, by installing a detection mark on the tank line, and processing the image obtained by using a high-speed camera installed on the telephone pole movement of the detection mark, the tank line that can measure the vertical displacement and vibration of the tank line by the operation of the electric vehicle The piezoelectric and vibration detection apparatus and its method have been developed and registered as Korean Patent No. 10-1106935.

그러나, 상기 발명들로는 상기 문제점들을 해소할 수 없었으며, 또한 상기 문제점들을 해소할 수 있는 전차선 검측시스템 및 검측방법이 없었다.However, the above-mentioned inventions could not solve the problems, and there was no catenary detection system and detection method that could solve the problems.

KRKR 10-101602410-1016024 B1B1 KRKR 10-110693510-1106935 B1B1

상기 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은 검측차의 차탑과 차저에 각각 고속 카메라와 라인 레이저를 기하학적으로 설치하고 전차선과 철도레일에 대한 프로파일을 추출하여, 전차선 높이와 편위를 측정하고 고속 주행중인 검측차량의 진동과 롤링을 실시간 보정함으로써, 고속철도에서의 더욱 정밀한 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템을 제공함에 그 목적이 있다. In order to solve the above problems, the present invention geometrically installs a high speed camera and a line laser on the car tower and the charger of the detection vehicle, extracts the profile of the tram line and the railroad, and measures the height and the deviation of the tram line and is driving at high speed. By real-time correction of the vibration and rolling of the detection vehicle, an object of the present invention is to provide a catenary detection system through more accurate vibration correction in high-speed railway.

또한, 본 발명은 고속 운행중에 발생하는 검측차량의 진동과 롤링을 실시간 보정하여 전차선 높이와 편위를 정밀하게 검측함으로써, 전동차의 안전한 운행을 가능하게 하는 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템을 제공함에 그 목적이 있다. In addition, the present invention by providing a real-time correction of the vibration and rolling of the detection vehicle during the high-speed operation to accurately detect the height and deviation of the tram line, to provide a vehicle lane detection system through the vibration correction to enable the safe operation of the electric vehicle. There is this.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템은 차탑에 설치되며, 전차선 측정을 위한 전차선 높이 편위 측정장치; 검측차의 하부의 좌/우에 설치되며, 주행시 검측차의 진동과 롤링을 실시간 보정하기 위한 차량진동 보정장치; 차상에 설치되며, 상기 전차선 높이 편위 측정장치, 상기 차량진동 보정장치로부터 출력되는 측정데이터를 실시간 수집/분석하기 위한 데이터 수집장치를 포함한다.The chariot lane detection system through the vibration correction of the present invention for achieving the above object is installed in the vehicle tower, the chariot lane height measurement device for the chariot line measurement; A vehicle vibration correction device installed at the left / right side of the lower portion of the detection vehicle and configured to correct in real time the vibration and rolling of the detection vehicle; It is installed on the vehicle, and includes a vehicle line height deviation measuring device, a data collection device for real-time collection / analysis of the measurement data output from the vehicle vibration correction device.

상기 전차선 높이 편위 측정장치는 전력을 공급하는 제1 전원; 전차선 마킹을 위한 제1 라인 레이저; 전차선을 측정하는 전차선 측정 카메라; 태양광 등과 같은 외부 광원을 제거하기 위한 필터; 차륜 타코메타 펄스를 입력받아 등간격의 카메라 트리거신호를 제어하기 위한 제1 트리거 컨트롤러; 상기 제1 라인 레이저의 사용 안전성을 위한 모듈레이션 컨트롤러를 포함한다.The catenary height deviation measurement device may include a first power supply for supplying power; A first line laser for catenary marking; A catenary measuring camera for measuring a catenary; A filter for removing an external light source such as sunlight; A first trigger controller configured to receive a wheel tachometer pulse and control a camera trigger signal at equal intervals; And a modulation controller for safety of use of the first line laser.

상기 차량진동 보정장치는 검측차의 하부의 좌/우에 설치되며, 전력을 공급하는 제2 전원; 레일두부상에 레이저 마킹을 위한 제2 라인 레이저; 궤도를 측정하는 궤도 측정용 카메라; 상기 전차선 측정 카메라와 촬영 시점을 동기화하기 위한 제2 트리거 컨트롤러를 포함한다.The vehicle vibration correction device may be installed at the left / right side of the lower portion of the detection vehicle and supply a power; A second line laser for laser marking on the rail head; Orbit measuring camera for measuring the orbit; And a second trigger controller for synchronizing a photographing time point with the catenary measuring camera.

상기 데이터 수집장치는 상기 전차선 높이 편위 측정장치와 상기 차량진동 보정장치로부터 영상정보를 수집받아 처리하기 위한 이미지그래퍼와 산업용 컴퓨터; 검측차 이동거리 정보를 수집하기 위한 타코메타 인터페이스; 모니터링 소프트웨어를 수행하는 모니터링 소프트웨어 수행수단; 시설물 데이터베이스를 포함한다.The data collection device includes an imager and an industrial computer for collecting and processing image information from the vehicle line height deviation measuring device and the vehicle vibration compensating device; A tachometer interface for collecting detection vehicle moving distance information; Monitoring software performing means for performing the monitoring software; Include a facility database.

본 발명의 진동 보정을 통한 전차선 검측방법은 전차선 높이 편위 측정장치에 의해 전차선의 높이 편위를 측정하는 단계; 차량진동 보정장치에 의해 주행시 검측차의 진동과 롤링을 실시간 보정하는 단계; 데이터 수집장치에 의해 상기 전차선 높이 편위 측정장치, 상기 차량진동 보정장치로부터 출력되는 측정데이터를 실시간 수집/분석하는 단계를 포함한다.The vehicle lane detection method through the vibration correction of the present invention comprises the steps of measuring the height deviation of the tank line by the vehicle line height deviation measurement device; Correcting, in real time, vibration and rolling of the detection vehicle by the vehicle vibration compensator; And collecting / analyzing measurement data output from the vehicle line height deviation measuring device and the vehicle vibration compensating device by a data collecting device.

상기 전차선의 높이 편위를 측정하는 단계는 전차선의 영상을 획득하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 획득된 영상의 잡음을 제거하고 화질을 개선시키는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 화질이 개선된 영상을 이진화시키는 제3 단계; 전차선 표면에서 산란되는 레이저와 태양광의 영향을 제거하기 위해 상기 제3 단계에서 이진화된 영상에 모폴로지와 서브 픽셀을 적용하는 제4 단계; 상기 제4 단계에서의 적용 결과, 전차선 프로파일 데이터가 정밀하게 추출되는 제5 단계; 상기 제5 단계에서 정밀하게 추출된 전차선 프로파일에 대한 높이와 편위가 계산됨으로써, 전차선 높이와 편위가 계산되는 제6 단계를 포함한다.Measuring the height deviation of the tram line is a first step of obtaining an image of the tram line; A second step of removing noise and improving image quality of the image acquired in the first step; A third step of binarizing the image having the improved image quality in the second step; A fourth step of applying a morphology and a subpixel to the image binarized in the third step to remove the influence of the laser and the sunlight scattered on the surface of the catenary; A fifth step of accurately extracting the catenary profile data as a result of the application in the fourth step; And a sixth step of calculating the height and the deviation of the vehicle lane by calculating the height and the deviation of the chariot profile precisely extracted in the fifth step.

상기 차량진동 보정장치에서의 검측차의 진동과 롤링의 보정단계는 레일 영상을 획득하는 제7 단계; 상기 제7 단계에서 획득된 레일 영상을 이진화시키고 잡음을 제거하는 제8 단계; 좌/우측 레일 영상에서 레일 프로파일을 추출하는 제9 단계; 기하학적으로 왜곡된 레일 프로파일에 대한 좌표변환을 수행하는 제10 단계; 레일두부 프로파일의 측정점(P1, P2, P3)을 검출하여 삼각법에 의해 3차원 거리값(x,y,z)을 계산하는 제11 단계, 좌/우 레일의 측정점으로부터 검측차 롤링 및 진동, 궤간을 실시간 계산하여 전차선 높이/편위 보정에 반영하는 제12 단계를 포함한다.In the vehicle vibration compensating apparatus, the vibration and rolling correction of the detection vehicle may include a seventh step of obtaining a rail image; An eighth step of binarizing and removing noise of the rail image obtained in the seventh step; Extracting a rail profile from a left / right rail image; A tenth step of performing coordinate transformation on the geometrically distorted rail profile; The eleventh step of calculating the three-dimensional distance values (x, y, z) by triangulation by detecting the measuring points P1, P2, and P3 of the rail head profile, and rolling the detected difference from the measuring points of the left and right rails, and oscillation and gauge. The twelfth step of calculating the real time to reflect the lane line height / deviation correction.

상기 제1 라인 레이저는 808nm 파장대의 라인 레이저이며, 상기 전차선 측정 카메라는 2048 x 2048 픽셀의 해상도를 갖고, 상기 궤도 측정용 카메라는 2048 x 2048 픽셀의 해상도를 갖는다.The first line laser is a line laser having a wavelength of 808 nm, the catenary measuring camera has a resolution of 2048 x 2048 pixels, and the trajectory measuring camera has a resolution of 2048 x 2048 pixels.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명은 검측차의 차탑과 차저에 각각 고속 카메라와 라인 레이저를 기하학적으로 설치하고 전차선과 철도레일에 대한 프로파일을 추출하여, 전차선 높이와 편위를 측정하고 고속 주행중인 검측차량의 진동과 롤링을 실시간 보정함으로써, 고속철도에서의 전차선을 더욱 정밀하게 검측할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, the high speed camera and the line laser are geometrically installed on the vehicle tower and the charger of the detection vehicle, and the profile of the vehicle line and the railroad rail is extracted, the vehicle line height and the deviation are measured, and the detection vehicle is traveling at high speed. By real-time correction of vibration and rolling, the tram line in the high-speed railway can be detected more precisely.

또한, 본 발명은 고속 운행중에 발생하는 검측차량의 진동과 롤링을 실시간 보정하여 전차선 높이와 편위를 정밀하게 검측함으로써, 전동차의 안전한 운행을 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of enabling the safe driving of the electric vehicle by accurately detecting the height and the deviation of the tram line by correcting in real time the vibration and rolling of the detection vehicle generated during high-speed operation.

도 1은 본 발명의 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템의 구성을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 전차선의 높이와 편위의 측정방법의 과정을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따라 정밀하게 추출된 전차선 프로파일 데이터를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따라 카메라와 레이저간 기하학적 구성에 따른 삼각법을 적용하여 추출된 전차선 프로파일에 대한 높이와 편위가 계산되는 과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 설치 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 좌/우 레일 프로파일 이미지를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태들을 도시한 도면으로,
도 7(a)는 검측차량의 진동을 측정하는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태를 도시한 도면.
도 7(b)는 검측차량의 롤링을 측정하는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태를 도시한 도면.
도 7(c)는 검측차량의 궤간을 측정하는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 차량진동 보정장치에서 차량진동 보정을 위한 과정을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따라 레일두부 프로파일의 측정점(P1, P2, P3)을 검출하여 삼각법에 의해 3차원 거리값(x,y,z)이 계산되는 과정을 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템의 설치 환경을 도시한 도면으로,
도 10(a)는 본 발명에 따른 전차선 높이 편위 측정장치를 도시한 도면.
도 10(b)는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치를 도시한 도면.
도 10(c)는 본 발명에 따른 데이터 수집장치를 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 검측차 진동/롤링 보정을 통한 전차선 높이/편위 측정결과를 도시한 그래프.1 is a block diagram showing the configuration of a catenary detection system through vibration correction of the present invention.
2 is a view showing a process of measuring the height and the deviation of the tram line in accordance with the present invention.
3 is a diagram illustrating catenary profile data extracted precisely according to the present invention;
4 is a view showing a process of calculating the height and the deviation for the extracted front line profile by applying a trigonometric method according to the geometrical configuration between the camera and the laser according to the present invention.
5 is a view showing an installation state of the vehicle vibration correction apparatus according to the present invention.
Figure 6 shows a left / right rail profile image in accordance with the present invention.
7 is a view showing the forms of the vehicle vibration correction apparatus according to the present invention,
7 (a) is a view showing a form of the vehicle vibration correction device according to the present invention for measuring the vibration of the detection vehicle.
Figure 7 (b) is a view showing a form of the vehicle vibration correction device according to the present invention for measuring the rolling of the detection vehicle.
7 (c) is a view showing a form of the vehicle vibration correction apparatus according to the present invention for measuring the gauge of the detection vehicle.
8 is a view showing a process for vehicle vibration correction in the vehicle vibration correction apparatus according to the present invention.
9 is a diagram illustrating a process of calculating a three-dimensional distance value (x, y, z) by triangulation by detecting the measuring points (P1, P2, P3) of the rail head profile according to the present invention.
10 is a view showing the installation environment of the catenary detection system through vibration correction according to the present invention,
Figure 10 (a) is a view showing a catenary height deviation measurement device according to the present invention.
10 (b) is a view showing a vehicle vibration correction device according to the present invention.
10 (c) is a view showing a data collection device according to the present invention.
FIG. 11 is a graph illustrating a result of a vehicle line height / deviation measurement through a detection vehicle vibration / rolling correction according to the present invention. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a catenary detection system through vibration correction of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템은 차탑에 설치되며, 전차선 측정을 위한 전차선 높이 편위 측정장치(100), 검측차의 하부의 좌/우에 설치되며, 주행시 검측차의 진동과 롤링을 실시간 보정하기 위한 차량진동 보정장치(300), 차상에 설치되며, 상기 전차선 높이 편위 측정장치(100), 상기 차량진동 보정장치(300)로부터 출력되는 측정데이터를 실시간 수집/분석하기 위한 데이터 수집장치(200)를 포함한다.As shown in Figure 1, the vehicle lane detection system through the vibration correction of the present invention is installed in the vehicle tower, the vehicle lane height deviation measurement device 100 for the measurement of the vehicle lane, is installed on the left / right of the lower side of the detection vehicle, the detection during driving Vehicle vibration correction device 300 for real-time correction of the vibration and rolling of the vehicle, installed on the vehicle, real-time collection / measurement data output from the vehicle line height deviation measurement device 100, the vehicle vibration correction device 300 It includes a data collection device 200 for analysis.

또한, 본 발명의 진동 보정을 통한 전차선 검측방법은 전차선 높이 편위 측정장치(100)에 의해 전차선의 높이 편위를 측정하는 단계; 차량진동 보정장치(300)에 의해 주행시 검측차의 진동과 롤링을 실시간 보정하는 단계; 데이터 수집장치(200)에 의해 상기 전차선 높이 편위 측정장치(100), 상기 차량진동 보정장치 (300)로부터 출력되는 측정데이터를 실시간 수집/분석하는 단계를 포함한다.In addition, the chariot line detection method through the vibration correction of the present invention comprises the steps of measuring the height deviation of the tram line by the tram line height deviation measurement apparatus 100; Correcting, in real time, vibration and rolling of the detection vehicle by the vehicle vibration compensator 300; And collecting / analyzing measurement data output from the vehicle line height deviation measuring device 100 and the vehicle vibration compensating device 300 by the data collecting device 200.

부연 설명하자면 다음과 같다.In addition, it is as follows.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전차선 높이 편위 측정장치(100)는 전력을 공급하는 제1 전원(125), 전차선 마킹을 위한 제1 라인 레이저(120), 전차선을 측정하는 전차선 측정 카메라(110), 태양광 등과 같은 외부 광원을 제거하기 위한 필터(130), 차륜 타코메타 펄스를 입력받아 등간격의 카메라 트리거신호를 제어하기 위한 제1 트리거 컨트롤러(140), 상기 제1 라인 레이저(120)의 사용 안전성을 위한 모듈레이션 컨트롤러(150)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the catenary height deviation measuring apparatus 100 includes a first power supply 125 for supplying electric power, a first line laser 120 for catenary marking, and a catenary measuring camera 110 for measuring a catenary. Filter 130 for removing an external light source such as sunlight, a first trigger controller 140 for controlling camera trigger signals at equal intervals by receiving wheel tacometa pulses, and the first line laser 120. Modulation controller 150 for use safety.

도 2는 본 발명에 따른 전차선의 높이와 편위의 측정방법의 과정을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따라 정밀하게 추출된 전차선 프로파일 데이터를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따라 카메라와 레이저간 기하학적 구성에 따른 삼각법을 적용하여 추출된 전차선 프로파일에 대한 높이와 편위가 계산되는 과정을 도시한 도면이다.2 is a view showing a process of measuring the height and the deviation of the tram line according to the present invention, Figure 3 is a view showing the chariot profile data extracted precisely according to the present invention, Figure 4 is in accordance with the present invention FIG. 3 is a diagram illustrating a process of calculating a height and a deviation of an extracted catenary profile by applying a trigonometric method according to a geometric configuration between a camera and a laser.

상기 전차선 높이 편위 측정장치(100)는 전차선 높이와 전차선 편위를 측정한다.The catenary height deviation measuring apparatus 100 measures the catenary height and the catenary deviation.

상기 전차선 높이는 레일면상에서 전차선까지의 거리를 말하며, 일반적으로, 전차선의 표준 높이는 5200mm를 기준으로 최소 5000mm에서 최대 5400mm로 규정하고 있으나, 터널이나 교량구간 등에서는 4700mm~6200mm까지도 가능하다.The height of the tramline refers to the distance from the rail surface to the tramline, and in general, the standard height of the tramline is defined as a minimum of 5000mm to a maximum of 5400mm based on 5200mm, but may be 4700mm to 6200mm in tunnels or bridge sections.

상기 전차선 편위는 팬터그래프의 편마모 방지를 위하여 선로 중심을 기준으로 가설된 전차선의 좌우 폭을 의미하며, 일반적으로, 선로 중심을 기준으로 土250 mm 이내로 규정하고 있다.The tramline deviation refers to the left and right widths of the tramline hypothesized based on the center of the track in order to prevent the wear of the pantograph. Generally, the tramline deflection is defined to be within 250 mm based on the center of the track.

도 2에 도시된 바와 같이, 카메라에서 촬영된 영상에서 제1 라인 레이저(12 0)에 의해 마킹된 전차선 프로파일 데이터가 추출된 후, 전차선 표면에서 산란되는 레이저와 태양광의 영향을 제거하기 위해 모폴로지와 서브 픽셀이 적용되어 도 3과 같이 전차선 프로파일 데이터가 정밀하게 추출된다. As shown in FIG. 2, after the catenary profile data marked by the first line laser 12 is extracted from the image taken by the camera, the morphology and the morphology may be removed to remove the effects of the laser and the light scattered from the catenary surface. Subpixels are applied to precisely extract the catenary profile data as shown in FIG. 3.

전차선 높이와 편위는, 도 4와 같이, 카메라와 레이저간 기하학적 구성에 따른 삼각법을 적용하여 추출된 전차선 프로파일에 대한 높이와 편위로 계산된다.The tramline height and deviation are calculated as the height and the deflection for the tramline profile extracted by applying a trigonometric method according to the geometry between the camera and the laser, as shown in FIG.

본 발명에 따른 전차선의 높이와 편위의 측정방법은 전차선의 영상을 획득하는 제1 단계(S10), 상기 제1 단계(S10)에서 획득된 영상의 잡음을 제거하고 화질을 개선시키는 제2 단계(S20), 상기 제2 단계(S20)에서 화질이 개선된 영상을 이진화시키는 제3 단계(S30), 전차선 표면에서 산란되는 레이저와 태양광의 영향을 제거하기 위해 상기 제3 단계(S30)에서 이진화된 영상에 모폴로지와 서브 픽셀을 적용하는 제4 단계(S40), 상기 제4 단계(S40)에서의 적용 결과, 전차선 프로파일 데이터가 정밀하게 추출되는 제5 단계(S50), 상기 제5 단계(S50)에서 정밀하게 추출된 전차선 프로파일에 대한 높이와 편위가 계산됨으로써, 전차선 높이와 편위가 계산되는 제6 단계(S60)를 포함한다.The method of measuring the height and the deviation of the catenary according to the present invention includes a first step (S10) of acquiring an image of the catenary and a second step of removing noise and improving image quality of the image acquired in the first step (S10) ( S20), the third step S30 of binarizing the image of which the image quality is improved in the second step S20, and the binarization of the third step S30 to remove the influence of the laser and sunlight scattered on the surface of the catenary. The fourth step (S40) of applying the morphology and the sub-pixel to the image, the fifth step (S50), the fifth step (S50) to accurately extract the catenary profile data as a result of the application in the fourth step (S40) By calculating the height and the deviation for the chariot profile extracted precisely in the sixth step (S60) to calculate the vehicle lane height and deviation.

도 5는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 설치 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 좌/우 레일 프로파일 이미지를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태들을 도시한 도면으로, 도 7(a)는 검측차량의 진동을 측정하는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태를 도시한 도면이고, 도 7(b)는 검측차량의 롤링을 측정하는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태를 도시한 도면이며, 도 7(c)는 검측차량의 궤간을 측정하는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치의 형태를 도시한 도면이다.5 is a view showing the installation state of the vehicle vibration correction apparatus according to the present invention, Figure 6 is a view showing a left / right rail profile image according to the present invention, Figure 7 is a vehicle vibration correction device according to the present invention Figure 7 (a) is a view showing the shape of the vehicle vibration correction apparatus according to the present invention for measuring the vibration of the detection vehicle, Figure 7 (b) is a measurement of the rolling of the detection vehicle FIG. 7 (c) is a diagram illustrating a form of a vehicle vibration compensating device according to the present invention for measuring the gauge of a detected vehicle.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량진동 보정장치(300)는 검측차의 하부의 좌/우에 설치되며, 전력을 공급하는 제2 전원(330), 레일두부상에 레이저 마킹을 위한 제2 라인 레이저(340), 궤도를 측정하는 궤도 측정용 카메라(320), 상기 전차선 측정 카메라(110)와 촬영 시점을 동기화하기 위한 제2 트리거 컨트롤러(310)를 포함한다.As shown in Figure 5, the vehicle vibration correction device 300 according to the present invention is installed on the left / right of the lower side of the detection vehicle, the second power supply 330 for supplying power, for laser marking on the rail head A second line laser 340, a track measuring camera 320 for measuring the trajectory, and a second trigger controller 310 for synchronizing the point of time with the tramline measuring camera 110.

도 7(a)-도 7(c)에 도시된 바와 같이, 상기 차량진동 보정장치(300)는 레일의 형상을 측정한 후, 레일두부상에 측정점을 기준으로 운행중인 검측차량의 롤링 및 진동 궤간 등을 실시간으로 측정하며, 전차선 높이/편위 데이터를 보정한다.As shown in FIGS. 7A and 7C, the vehicle vibration compensator 300 measures the shape of a rail, and then rolls and vibrates a detection vehicle that is running on a rail head based on a measurement point. Measure gauges in real time and calibrate lane line height / deviation data.

즉, 상기 차량진동 보정장치(300)는 검측차의 상/하 진동에 따라 전차선 높이 측정값을 보정하며, 검측차의 롤링에 따라 전차선 편위 측정값을 보정하며, 검측차의 좌/우로의 치우침에 따라 궤간 중심으로부터 전차선 편위를 보정한다.That is, the vehicle vibration compensator 300 corrects the vehicle line height measurement value according to the up / down vibration of the detection vehicle, corrects the vehicle line deviation measurement value according to the rolling of the detection vehicle, and biases the left and right sides of the detection vehicle. Correct the traverse line deviation from the center of the gauge.

도 8은 본 발명에 따른 차량진동 보정장치에서 차량진동 보정을 위한 과정을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명에 따라 레일두부 프로파일의 측정점(P1, P2, P3)을 검출하여 삼각법에 의해 3차원 거리값(x,y,z)이 계산되는 과정을 도시한 도면이다.8 is a view showing a process for the vehicle vibration correction in the vehicle vibration correction apparatus according to the present invention, Figure 9 is a triangulation method by detecting the measuring points (P1, P2, P3) of the rail head profile in accordance with the present invention FIG. 7 is a diagram illustrating a process of calculating a dimensional distance value (x, y, z).

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 차량진동 보정장치(300)에서의 차량진동 보정방법은 레일 영상을 획득하는 제7 단계(S70), 상기 제7 단계(S70)에서 획득된 레일 영상을 이진화시키고 잡음을 제거하는 제8 단계(S80), 좌/우측 레일 영상에서 레일 프로파일을 추출하는 제9 단계(S90), 기하학적으로 왜곡된 레일 프로파일에 대한 좌표변환을 수행하는 제10 단계(S100), 레일두부 프로파일의 측정점(P1, P2, P3)을 검출하여 삼각법에 의해 3차원 거리값(x,y,z)을 계산하는 제11 단계(S110), 좌/우 레일의 측정점으로부터 검측차 롤링 및 진동, 궤간을 실시간 계산하여 전차선 높이/편위 보정에 반영하는 제12 단계(S120)를 포함한다.As shown in FIG. 8 and FIG. 9, the vehicle vibration correction method in the vehicle vibration correction apparatus 300 includes a rail image acquired in a seventh step S70 and a seventh step S70. Step (S80) to binarize and remove the noise, the ninth step (S90) of extracting the rail profile from the left and right rail image, the tenth step (S100) to perform coordinate transformation for the geometrically distorted rail profile ), The eleventh step (S110) of detecting the measurement points (P1, P2, P3) of the rail head profile and calculating the three-dimensional distance value (x, y, z) by trigonometric method, the detection difference from the measurement points of the left and right rails A twelfth step (S120) of calculating rolling, vibration, and gauge in real time and reflecting it in the lane line height / deviation correction.

차상의 데이터 수집장치(200)는 상기 전차선 높이 편위 측정장치(100)와 상기 차량진동 보정장치(300)로부터 영상정보를 수집받아 처리하기 위한 이미지그래퍼(210)와 산업용 컴퓨터(220), 검측차 이동거리 정보를 수집하기 위한 타코메타 인터페이스(230), 모니터링 소프트웨어를 수행하는 모니터링 소프트웨어 수행수단(240), 시설물 데이터베이스(250)를 포함한다.The on-vehicle data collection device 200 includes an imager 210, an industrial computer 220, and a detection vehicle for collecting and processing image information from the vehicle line height deviation measuring device 100 and the vehicle vibration compensating device 300. It includes a tachometer interface 230 for collecting the movement distance information, monitoring software performing means 240 for performing the monitoring software, facility database 250.

상기 모니터링 소프트웨어 수행수단(240)에 의해 수행되는 모니터링 소프트웨어를 통해 전차선 높이/편위 데이터와 차량진동/롤링 데이터가 실시간 분석되어 표출된다. The vehicle lane height / deviation data and the vehicle vibration / rolling data are analyzed and displayed in real time through the monitoring software performed by the monitoring software execution means 240.

도 10은 본 발명에 따른 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템의 설치 환경을 도시한 도면으로, 도 10(a)는 본 발명에 따른 전차선 높이 편위 측정장치를 도시한 도면이고, 도 10(b)는 본 발명에 따른 차량진동 보정장치를 도시한 도면이며, 도 10(c)는 본 발명에 따른 데이터 수집장치를 도시한 도면이다.10 is a view showing the installation environment of the chariot line detection system through the vibration correction according to the present invention, Figure 10 (a) is a view showing a vehicle line height deviation measurement apparatus according to the present invention, Figure 10 (b) 10 is a view showing a vehicle vibration correction apparatus according to the present invention, Figure 10 (c) is a view showing a data collection device according to the present invention.

도 10(a)-도 10(c)에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 검측차의 차탑에 전차선 높이/편위 측정장치(100)와 검측차의 하부의 좌/우측에 차량진동 보정장치(300)가 설치된 후, 경전선 구간(진례~마산)에서 시속 80km/h로 주행중 실시간 차량진동 및 롤링 보정을 통한 전차선 높이 편위가 측정되었다. 본 발명에 따른 연구장비의 전차선 높이/편위 측정정밀도는 土5mm이며, 초당 100Hz 단위로 측정되었다.10 (a) to 10 (c), in the present invention, the vehicle vibration compensator 300 is located at the left / right side of the vehicle line height / deviation measuring device 100 and the lower part of the detection car in the vehicle tower of the detection vehicle. After the vehicle was installed, the vehicle line height deviation was measured by real-time vehicle vibration and rolling correction while driving at 80 km / h in the light-line section (Jinye ~ Masan). The catenary height / deflection measurement precision of the research equipment according to the present invention was 土 5 mm and was measured in units of 100 Hz per second.

도 11은 본 발명에 따른 검측차 진동/롤링 보정을 통한 전차선 높이/편위 측정결과를 도시한 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating a measurement result of a vehicle line height / deviation through detection vehicle vibration / rolling correction according to the present invention.

검측차 진동/롤링 보정을 통한 전차선 높이/편위 측정결과는 도 11과 같다. 검측차량 진동은 통상 土1~2mm 이내로 발생되었으나, 연결선 및 섹션구간 등에서는 최대 土2~3mm까지도 발생되었다. 검측차 롤링은 직선구간에서 0.1°이내로 발생되어 전차선 편위가 1~4mm 가량 보정되었으며, 곡선구간에서는 0.2°까지도 발생되어 전차선 편위가 10mm 안팎까지 보정되었다.11 is a result of measuring the height of the vehicle line / deviation through the detection vehicle vibration / rolling correction. Sensing vehicle vibrations were generally within 1 ~ 2mm, but up to 土 2 ~ 3mm in the connecting line and section section. Detection vehicle rolling occurred within 0.1 ° in the straight section, and the tank line deviation was corrected by about 1 ~ 4mm. In the curve section, it was also corrected by 0.2 °, and the tank line deviation was corrected to within 10mm.

본 발명에 따른 연구에서는 카메라와 레이저를 이용한 광학기반의 검측장치을 구축하여, 전차선 측정시 차량 진동과 롤링 보정 전후에 측정값을 비교 분석하였으며, 곡선구간에서 궤도 캔트로 인한 차량 롤링 및 궤간 치우침에 의한 전차선 높이/편위 오차 보정을 확인하였다.In the research according to the present invention, an optical-based detection apparatus using a camera and a laser was constructed, and the measured values were compared and analyzed before and after vehicle vibration and rolling correction during the measurement of the tramline, and due to the rolling and gauge deviation caused by the track cant in a curved section. Tank line height / deviation error correction was confirmed.

100 : 전차선 높이 편위 측정장치 110 : 전차선 측정 카메라
200 : 데이터 수집장치 300 : 차량진동 보정장치
310 : 제2 트리거 컨트롤러 320 : 궤도 측정용 카메라
330 : 제2 전원 340 : 제2 라인 레이저100: tram line height deviation measuring device 110: tram line measuring camera
200: data acquisition device 300: vehicle vibration correction device
310: second trigger controller 320: camera for orbital measurement
330: second power source 340: second line laser

Claims (10)

차탑에 설치되며, 전차선 측정을 위한 전차선 높이 편위 측정장치;
검측차의 하부의 좌/우에 설치되며, 전력을 공급하는 제2 전원,
레일두부상에 레이저 마킹을 위한 제2 라인 레이저,
궤도를 측정하는 궤도 측정용 카메라,
전차선 측정 카메라와 촬영 시점을 동기화하기 위한 제2 트리거 컨트롤러를 구비하고, 주행시 검측차의 진동과 롤링을 실시간 보정하기 위한 차량진동 보정장치;
차상에 설치되며, 상기 전차선 높이 편위 측정장치, 상기 차량진동 보정장치로부터 출력되는 측정데이터를 실시간 수집/분석하기 위한 데이터 수집장치;
를 포함하는 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템.It is installed in the tower, the vehicle lane height deviation measuring device for the tank lane measurement;
A second power source installed at the left / right side of the lower part of the detection vehicle and supplying electric power;
2nd line laser for laser marking on rail head,
Orbital cameras that measure orbits,
A vehicle vibration correction device having a second trigger controller for synchronizing the point-of-view camera with a photographing time point, and for real-time correction of vibration and rolling of the detection vehicle during driving;
A data collection device installed on a vehicle and configured to collect / analyze measurement data output from the vehicle line height deviation measurement device and the vehicle vibration correction device in real time;
Catenary detection system through a vibration correction including a. 제1항에 있어서,
상기 전차선 높이 편위 측정장치는
전력을 공급하는 제1 전원;
전차선 마킹을 위한 제1 라인 레이저;
전차선을 측정하는 전차선 측정 카메라;
태양광 등과 같은 외부 광원을 제거하기 위한 필터;
차륜 타코메타 펄스를 입력받아 등간격의 카메라 트리거신호를 제어하기 위한 제1 트리거 컨트롤러;
상기 제1 라인 레이저의 사용 안전성을 위한 모듈레이션 컨트롤러;
를 포함하는 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템.The method of claim 1,
The catenary height deviation measurement device is
A first power supply for supplying power;
A first line laser for catenary marking;
A catenary measuring camera for measuring a catenary;
A filter for removing an external light source such as sunlight;
A first trigger controller configured to receive a wheel tachometer pulse and control a camera trigger signal at equal intervals;
A modulation controller for safety of use of the first line laser;
Catenary detection system through a vibration correction including a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 데이터 수집장치는
상기 전차선 높이 편위 측정장치와 상기 차량진동 보정장치로부터 영상정보를 수집받아 처리하기 위한 이미지그래퍼와 산업용 컴퓨터;
검측차 이동거리 정보를 수집하기 위한 타코메타 인터페이스;
모니터링 소프트웨어를 수행하는 모니터링 소프트웨어 수행수단;
시설물 데이터베이스;
를 포함하는 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템.The method of claim 1,
The data collection device
An imager and an industrial computer for collecting and processing image information from the vehicle line height deviation measuring device and the vehicle vibration compensating device;
A tachometer interface for collecting detection vehicle moving distance information;
Monitoring software performing means for performing the monitoring software;
Facility database;
Catenary detection system through a vibration correction including a. 전차선 높이 편위 측정장치에 의해 전차선의 영상을 획득하는 제1 단계,
상기 제1 단계에서 획득된 영상의 잡음을 제거하고 화질을 개선시키는 제2 단계,
상기 제2 단계에서 화질이 개선된 영상을 이진화시키는 제3 단계,
전차선 표면에서 산란되는 레이저와 태양광의 영향을 제거하기 위해 상기 제3 단계에서 이진화된 영상에 모폴로지와 서브 픽셀을 적용하는 제4 단계,
상기 제4 단계에서의 적용 결과, 전차선 프로파일 데이터가 정밀하게 추출되는 제5 단계,
상기 제5 단계에서 정밀하게 추출된 전차선 프로파일에 대한 높이와 편위가 계산됨으로써, 전차선 높이와 편위가 계산되는 제6 단계를 포함하는 전차선의 높이 편위를 측정하는 단계;
차량진동 보정장치에 의해 주행시 검측차의 진동과 롤링을 실시간 보정하는 단계;
데이터 수집장치에 의해 상기 전차선 높이 편위 측정장치, 상기 차량진동 보정장치로부터 출력되는 측정데이터를 실시간 수집/분석하는 단계;
를 포함하는 진동 보정을 통한 전차선 검측방법. A first step of acquiring an image of a catenary by the catenary height deviation measuring apparatus;
A second step of removing noise of the image acquired in the first step and improving image quality;
A third step of binarizing the image having the improved image quality in the second step,
A fourth step of applying a morphology and a subpixel to the image binarized in the third step to remove the influence of the laser and sunlight scattered on the surface of the catenary,
A fifth step of accurately extracting the catenary profile data as a result of the application in the fourth step,
Measuring the height deviation of the vehicle lane including the sixth step of calculating the height and the deviation of the vehicle lane by calculating the height and the deviation of the vehicle lane profile precisely extracted in the fifth step;
Correcting, in real time, vibration and rolling of the detection vehicle by the vehicle vibration compensator;
Collecting / analyzing measurement data output from the vehicle line height deviation measuring device and the vehicle vibration compensating device by a data collecting device;
Catenary detection method through vibration correction comprising a. 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 차량진동 보정장치에서의 검측차의 진동과 롤링의 보정단계는
레일 영상을 획득하는 제7 단계;
상기 제7 단계에서 획득된 레일 영상을 이진화시키고 잡음을 제거하는 제8 단계;
좌/우측 레일 영상에서 레일 프로파일을 추출하는 제9 단계;
기하학적으로 왜곡된 레일 프로파일에 대한 좌표변환을 수행하는 제10 단계;
레일두부 프로파일의 측정점(P1, P2, P3)을 검출하여 삼각법에 의해 3차원 거리값(x,y,z)을 계산하는 제11 단계,
좌/우 레일의 측정점으로부터 검측차 롤링 및 진동, 궤간을 실시간 계산하여 전차선 높이/편위 보정에 반영하는 제12 단계;
를 포함하는 진동 보정을 통한 전차선 검측방법.6. The method of claim 5,
In the vehicle vibration compensating device, the vibration of the detection vehicle and the correction of rolling are
A seventh step of obtaining a rail image;
An eighth step of binarizing and removing noise of the rail image obtained in the seventh step;
Extracting a rail profile from a left / right rail image;
A tenth step of performing coordinate transformation on the geometrically distorted rail profile;
An eleventh step of detecting the measuring points P1, P2, and P3 of the rail head profile and calculating the three-dimensional distance values (x, y, z) by triangulation;
A twelfth step of calculating the real-time vehicle rolling, vibration, and gauge from the measurement points of the left and right rails and reflecting them in the vehicle line height / deviation correction;
Catenary detection method through vibration correction comprising a. 제2항에 있어서,
상기 제1 라인 레이저는 808nm 파장대의 라인 레이저인 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템.3. The method of claim 2,
And the first line laser is a line laser having a wavelength range of 808 nm. 제2항에 있어서,
상기 전차선 측정 카메라는 2048 x 2048 픽셀의 해상도를 갖는 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템.3. The method of claim 2,
The foreline measuring camera is a foreline detection system through vibration correction having a resolution of 2048 x 2048 pixels. 제1항에 있어서,
상기 궤도 측정용 카메라는 2048 x 2048 픽셀의 해상도를 갖는 진동 보정을 통한 전차선 검측시스템.



The method of claim 1,
The track measuring camera is a vehicle detection system through vibration correction having a resolution of 2048 x 2048 pixels.



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