KR101488420B1 - 무선 및 자가발전 센서를 이용한 철도 차량 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
철도 차량 상에 설치된 철도 차량 모니터링 시스템을 통한 철도 차량 모니터링 시, 철도 차량의 부속 장치의 상태를 센싱하는 센서를 포함하는 복수의 센서 노드 장치가 실시간으로 무선 전송한 센싱 값을 수신하고, 수신한 센싱 값 및 센서 노드 장치의 식별 정보들을 포함하는 철도 차량 상태 정보를 생성하고, 철도 차량 상태 정보를 실시간으로 출력하되, 철도 차량 상태 정보를 철도 차량 상에 설치된 표시부를 통해 출력하거나 철도 차량 상태 정보를 무선 통신망을 통해 외부 관제 장치로 무선 송출한다.
Description
본 발명은 철도 차량의 상태를 실시간 모니터링하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
기존의 철도 모니터링 시스템은 유선 센서 모니터링 기술에 의존하고 있어, 유지/보수 관리 시 신뢰성 및 안정성 보장에 한계가 있다. 특히, 철도 차량의 대차(臺車) 및 주행 장치는 부품에 대한 접근 및 유선 센서 설치에 제약이 있어, 차량의 주요 장치들에 대한 실시간 감시 데이터를 획득하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2009-0056086호(발명의 명칭: 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법)는, 철도 시설물에 설치되어 철도 시설물의 상태를 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리 무선통신 신호 처리하여 송출하는 다수 개의 센서 노드, 각 센서 노드로부터 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수집하여 송출하는 싱크 노드, 싱크 노드에서 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고 수신된 감지 정보를 이동통신 신호 처리하여 송출하는 게이트웨이, 게이트웨이로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 감지 정보를 출력 및 메모리 영역에 저장하는 한편 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보의 수치를 확인하여 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에는 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 관제 서버부를 포함하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법을 개시하고 있다.
그런데, 이러한 종래의 철도 모니터링 시스템은 지상(또는 정비창)의 철도 시설물에 설치된 센서를 통해 감지된 상태 감지 정보에 따라 고장을 진단함으로써, 한정된 설치 위치에서만 철도 차량 상태에 대한 진단이 가능하다는 한계가 있다. 이에 따라, 진단 결과의 신뢰도가 떨어지며, 고장이 발생된 이후의 진단만 가능할 뿐 철도 차량 상태에 대한 실시간 감시를 통한 고장의 예측 및 방지가 불가능하다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철도 차량의 주요 부속 장치에 자가발전형의 무선 센서 네트워크를 구현하여 철도 차량의 상태를 실시간 모니터링하는 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 철도 차량 상에 설치된 철도 차량 모니터링 시스템은, 상기 철도 차량의 부속 장치 별로 설치되며, 상기 부속 장치의 상태를 센싱하는 센서를 포함하고, 상기 센서가 센싱한 센싱 값을 실시간으로 무선 송출하는 센서 노드 장치; 적어도 하나의 상기 센서 노드 장치로부터 상기 센싱 값을 무선 수신하고, 상기 수신한 센싱 값을 통합한 철도 차량 상태 정보를 실시간 출력하는 싱크 노드 장치; 및 적어도 하나의 상기 싱크 노드 장치가 출력한 상기 철도 차량 상태 정보를 입력받아 통합 관리하되, 통합된 상기 철도 차량 상태 정보를 실시간으로 출력하는 차상 모니터링 장치를 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따른 철도 차량 상에 설치된 철도 차량 모니터링 시스템을 통한 철도 차량 모니터링 방법은, (a) 상기 철도 차량의 부속 장치의 상태를 센싱하는 센서를 포함하는 복수의 센서 노드 장치가 실시간으로 무선 전송한 센싱 값을 수신하는 단계; (b) 상기 수신한 센싱 값 및 상기 센서 노드 장치의 식별 정보들을 포함하는 철도 차량 상태 정보를 생성하는 단계; 및 (c) 상기 철도 차량 상태 정보를 실시간으로 출력하는 단계를 포함하되, 상기 (c) 단계는, 상기 철도 차량 상태 정보를 철도 차량 상에 설치된 표시부를 통해 출력하는 단계; 및 상기 철도 차량 상태 정보를 무선 통신망을 통해 외부 관제 장치로 무선 송출하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 철도 차량 자체에 모니터링 시스템을 구현함으로써, 지연없이 실시간으로 차량 상태를 감지 및 진단할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 저전력 통신 및 자가발전이 가능한 일체형 센서 노드 장치를 설치함으로써, 철도 차량의 모든 부속 장치 상에 설치가 매우 용이하고, 고속 주행과 같은 열악한 무선 통신 환경에서도 신뢰도가 높은 철도 차량 상태 정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 센서 노드 장치가 센싱한 데이터를 철도 차량의 주행 환경에 최적화되도록 보정함으로써 보다 정확한 차량 상태 정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 대차에 설치된 센서 노드 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 대차에 설치된 센서 노드 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템(100)은 철도 차량 상에 설치되며, 차체(car body) 및 대차 상에 구비된 복수의 부속 장치 별로 설치된 센서 노드 장치(110), 센서 노드 장치(110)들로부터 센싱 데이터를 무선 수신하는 싱크 노드 장치(120) 및 싱크 노드 장치(120)로부터 통합된 센싱 데이터를 수신하여 외부로 무선 송출하는 차상 모니터링 장치(130)를 포함하여 구성된다. 참고로, 본 발명의 일 실시예에 적용되는 무선 통신망은 이동통신망 등을 포함하는 다양한 형태의 무선 통신망일 수 있으며, 차상 모니터링 장치(130)는 각 무선 통신망의 통신 규격에 따라 데이터를 송수신할 수 있다.
이때, 철도 차량 모니터링 시스템(100)은 각 부속 장치의 상태를 감지한 센싱 데이터를 포함하는 철도 차량 상태/진단 정보를 외부의 열차 관제 시스템(200)으로 송출할 수 있다. 그리고, 철도 차량 모니터링 시스템(100)은 무선 통신망을 통해 열차 관제 시스템(200)으로부터 유지 및 보수 지시 정보를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템(100)은 철도 차량 상에 무선 센서 네트워크를 구현하되, 각 부속 장치 별로 설치된 저전력/자가발전형의 무선 센서를 통해 차량 상태 감지 데이터를 획득함으로써, 고속 주행과 같은 열악한 무선 통신 환경에서도 높은 신뢰도의 차량 상태 모니터링이 가능하다.
한편, 도 1에서는 철도 차량 모니터링 시스템(100)과 연동되는 외부 관제 장치를 열차 관제 시스템(200)이라고 총칭하였으나, 열차 관제 시스템(200)에는 열차 집중제어장치(Central Traffic Control device, CTC), 각 철도역의 관제 장치 및 복수의 정비기지의 관제 장치 등 다양한 관제 장치들이 포함될 수 있다.
이처럼, 열차 관제 시스템(200) 상에 포함되는 둘 이상의 관제 장치들은 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템(100)으로부터 철도 차량 상태/진단 정보를 무선 수신한 열차 집중제어장치(CTC)는 수신한 센싱 데이터에 기초하여 철도 차량의 상태를 진단하고, 진단 결과 철도 차량 내/외부의 정비가 필요한 경우를 판단할 수 있다. 이때, 열차 집중제어장치(CTC)는 철도 차량 상에서 처리가 필요한 유지/보수 지시 정보는 무선 통신망을 통해 철도 차량 모니터링 시스템(100)으로 전송하고, 철도 차량 외부에서 처리가 필요한 유지/보수 지시 정보는 해당 철도 차량이 주행 중인 경로 상의 철도역 또는 정비기지의 관제 장치로 전송할 수 있다. 그리고, 열차 집중제어장치(CTC)는 유지 및 보수 지시 정보를 송출한 이후 다른 관제 장치 및 철도 차량 모니터링 시스템(100)으로부터 유지 및 보수 처리 결과 정보를 수신하여 관리할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템(100)의 구성 및 동작에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 시스템(100)은 센서 노드 장치(110), 싱크 노드 장치(120) 및 차상 모니터링 장치(130)를 포함하여 구성된다.
센서 노드 장치(110)는 철도 차량의 부속 장치 별로 설치되며, 부속 장치의 상태를 센싱하는 복수의 센서를 포함하고, 각 센서가 센싱한 센싱 값을 실시간으로 무선 송출한다.
구체적으로, 센서 노드 장치(110)는 에너지 하베스터(111), 센서부(112), 센싱 데이터 처리부(113) 및 통신부(114)를 포함하여 구성된다.
에너지 하베스터(111)는 철도 차량의 주행에 의해 발생된 적어도 하나의 종류의 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하고, 이에 따라 획득된 전기 에너지를 센싱 동작, 센싱 값 신호 처리 및 무선 통신의 동력원으로 제공한다. 예를 들어, 에너지 하베스터(111)는 철도 차량이 고속 주행할 시에 발생되는 진동 및 열 등의 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
센서부(112)는 철도 차량의 부속 장치 별로 설치된 적어도 하나의 센서를 포함하되, 각 센서는 부속 장치의 구동 상태에 따른 변화를 실시간으로 감지하여 센서 값을 발생시킨다.
예를 들어, 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 대차에 설치된 센서 노드 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서는 본 발명의 일 실시예이 적용되는 철도 차량의 구성 중 대차 부분에 각 센서가 설치되는 부속 장치의 일례를 나타내었다. 도 3에서는, 대차 헌팅 감지 센서, 샤프트 감지 센서, 차축 베어링 감지 센서, 대차 프레임 감지 센서, 탈선 감지 센서, 차륜 감시 센서, 기어박스 오일 감지 센서, 모터 감지 센서, 차축 감지 센서 및 감속기/기어 감지 센서를 나타내었다.
한편, 도 3에서는 철도 차량의 부속 장치 중 대차에 구성된 부속 장치를 설명하였으나, 이외에도 철도 차량의 차체 상의 다양한 부속 장치(주행 장치 포함)에도 센서 노드 장치(110)가 설치될 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 센싱 데이터 처리부(113)는 센서부(112)의 센서가 센싱한 센싱 값을 디지털 데이터로 생성한다.
구체적으로, 센싱 데이터 처리부(113)는 센서부(112)를 통해 센싱된 원본 센싱 값(즉, ‘원시 데이터’)를 기설정된 샘플링 처리 및 양자화 처리를 하여 디지털 데이터를 생성한다. 이때, 기설정된 샘플링 처리 및 양자화 처리는 센서부(112)가 센싱한 원시 데이터의 크기를 압축하여 저전력으로도 센싱 데이터를 무선 송출하기 위한 것이다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 데이터 처리부(113)는 철도 차량의 주행 시 발생된 진동 주파수에 기초하여 샘플링 처리 시의 조건을 갱신할 수 있다. 이는, 고속 주행 중인 철도 차량의 무선 통신 환경에서 최적의 조건으로 센싱 값을 송수신할 수 있도록 하기 위한 것이다. 참고로, 상기 진동 주파수는 에너지 하베스터(111)로부터 획득될 수 있으며, 센싱 데이터 처리부(113)가 자체적으로 철도 차량의 주행 시 진동을 연속적으로 측정하거나 별도의 측정 장치(미도시)를 구비하여 획득하는 것도 가능하다.
통신부(114)는 센싱 데이터 처리부(113)가 생성한 디지털 데이터(즉, 센싱 값)을 설정된 무선 통신 방식에 따라 무선 송출한다. 이때, 통신부(114)는 디지털 데이터 및 해당 센서 노드 장치(110)의 식별 정보를 함께 무선 송출할 수 있다.
예를 들어, 통신부(114)는 철도 차량과 같이 고속 주행하는 통신 환경에서 데이터 송수신의 신뢰도를 높이기 위하여 근거리 무선 통신 규격에 따라 디지털 데이터를 송출할 수 있다.
다음, 싱크 노드 장치(120)는 센서 노드 장치(110)로부터 센싱 값을 무선 수신하고, 수신한 센싱 값을 통합한 철도 차량 상태 정보를 실시간 출력한다. 이때, 싱크 노드 장치(120)는 도 1에 도시한 바와 같이 복수 개가 구비될 수 있으며, 각 싱크 노드 장치(120)는 유/무선 통합형의 통신 장치로서 다른 싱크 노드 장치(120) 및 차상 모니터링 장치(130)와 유/무선으로 통신할 수 있다. 참고로, 싱크 노드 장치(120) 간, 또는 싱크 노드 장치(120)와 차상 모니터링 장치(130) 간에 유선 통신을 수행할 경우 고속 주행 시 열악한 무선 통신 환경에서 송수신 데이터의 신뢰도를 더욱 높일 수 있다.
구체적으로, 싱크 노드 장치(120)는 적어도 하나의 센서 노드 장치(110)로부터 센싱 값을 수신하고, 각 센서 노드 장치(110) 별 식별 정보와 센싱 값을 매칭한 후 이를 통합한 철도 차량 상태 정보를 생성한다.
그리고, 싱크 노드 장치(120)는 생성한 철도 차량 상태 정보를 실시간으로 차상 모니터링 장치(130)로 전송한다.
다음으로, 차상 모니터링 장치(130)는 싱크 노드 장치(120)들로부터 데이터(즉, 철도 차량 상태 정보)를 수집하여 표시 출력하고, 수집된 데이터를 무선 통신망을 통해 외부 장치로 전송한다. 즉, 무선 센서 네트워크 상에서 게이트웨이 장치의 역할을 수행한다.
구체적으로, 차상 모니터링 장치(130)는 적어도 하나의 싱크 노드 장치(120)가 출력한 철도 차량 상태 정보를 입력받아 통합 관리하되, 통합된 철도 차량 상태 정보를 실시간으로 출력한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 차상 모니터링 장치(130)는 차상 표시 제어부(131), 상태 진단부(132), 상태 보고 처리부(133), 유지 보수 지원부(134)를 포함하여 구성된다.
차상 표시 제어부(131)는 통합된 철도 차량 상태 정보를 철도 차량 상에 설치된 표시부(미도시)를 통해 출력한다. 참고로, 표시부(미도시)는 철도 차량 상의 관제를 위해 관제사(운전자)가 차량 상태를 확인하고 제어할 수 있는 제어반(制御盤)일 수 있으며, 모니터와 같이 철도 차량 상태 정보를 식별 가능한 정보로 표시할 수 있는 표시장치(미도시)인 것도 가능하다.
상태 진단부(132)는 철도 차량 상태 정보에 기초하여 부속 장치 별 고장 발생 판단 및 고장 예측 처리를 수행하고, 고장 발생 판단 및 예측 처리의 결과에 기초한 철도 차량 진단 정보를 생성한다.
구체적으로, 상태 진단부(132)는 철도 차량 상태 정보에 포함된 센서 노드 장치(110)의 식별 정보 별로 매칭된 센싱 값과 기설정된 부속 장치 별 고장 발생 판단의 기준 값인 제 1 임계 값을 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 이때, 상태 판단부(132)는 수신된 센싱 값이 제 1 임계 값 이상인 경우 고장 발생으로 판단할 수 있다.
그리고, 상태 진단부(132)는 센서 노드 장치(110)의 식별 정보 및 센싱 값과 기설정된 부속 장치 별 고장 발생 예측의 기준 값인 제 2 임계 값을 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 가능성을 예측할 수 있다. 이때, 상태 판단부(132)는 수신된 센싱 값이 제 1 임계 값 미만이되 제 2 임계 값 이상인 경우 고장 발생이 가능한 것으로 예측 판단할 수 있다. 참고로, 제 2 임계 값은 제 1 임계 값 보다 낮은 값으로 설정되며, 이에 따라 철도 차량의 부속 장치에 실제 고장이 발생되기 이전에 해당 부속 장치의 상태가 비정상적인 경우를 예측/경고할 수 있다.
상태 진단부(132)는 철도 차량의 부속 장치 별 고장 발생 판단 및 고장 예측 처리한 결과를 포함하는 철도 차량 진단 정보를 생성한 후, 차상 표시 제어부(131)를 통해 철도 차량 진단 정보를 표시부(미도시)에 출력할 수 있다. 그리고, 하기에서 설명할 상태 보고 처리부(133)를 통해 상기 철도 차량 진단 정보를 외부 관제 장치(200)로 무선 송출할 수도 있다.
상태 보고 처리부(133)는 철도 차량 상태 정보 및 철도 차량 진단 정보 중 적어도 하나를 무선 통신망을 통해 외부 관제 장치로 무선 송출한다. 이때, 상태 보고 처리부(133)는 해당 철도 차량의 식별 정보 및 위치 정보 중 적어도 하나의 정보를 함께 전송하는 것도 가능하다.
유지 보수 지원부(134)는 상태 보고 처리부(133)가 무선 송출한 철도 차량 상태 정보에 대응하여 외부 관제 장치(200)로부터 유지 및 보수 지시 정보를 수신한다.
이때, 유지 보수 지원부(134)는 수신된 유지 및 보수 지시 정보를 차상 표시 제어부(131)로 전달하여, 표시부(미도시)를 통해 출력되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차상 모니터링 장치(130)는 상태 진단부(132)를 통해 자체적으로 철도 차량의 부속 장치 별 고장 발생 판단 및 예측 처리가 가능한 것을 설명하였다. 그런데, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차상 모니터링 장치(130)는 상기 통합된 철도 차량 상태 정보를 외부 관제 장치(200)로 전송하고, 외부 관제 장치(200)에서 처리된 고장 발생 판단 및 예측의 결과를 수신하여 표시 처리하는 것도 가능하다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 방법에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 철도 차량의 부속 장치 별로 설치된 센서 노드 장치(110)가 실시간으로 무선 전송한 센싱 값을 수신한다(S410).
이때, 적어도 하나의 근접한 센서 노드 장치(110)로부터 센싱 값을 싱크 노드 장치(120)할 수 있다. 참고로, 철도 차량 상에 적어도 하나의 싱크 노드 장치(120)가 설치된 상태이다.
그런 후, 수신된 센싱 값 및 해당 센싱 값을 전송한 센서 노드 장치의 식별 정보를 포함하는 철도 차량 상태 정보를 생성한다(S420).
이때, 철도 차량 상태 정보에는 적어도 하나 이상의 센서 노드 장치(110)가 실시간으로 전송한 센싱 값이 포함된다.
다음으로, 철도 차량 상태 정보를 철도 차량 상의 표시부 및 외부 관제 장치(200)로 출력한다(S430).
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 방법에서는, 상기 단계(S430) 이전에 철도 차량 상태 정보에 기초하여 부속 장치 별 고장 발생 판단 및 예측 처리를 수행하고, 고장 발생 판단 및 예측 처리의 결과에 기초하여 철도 차량 진단 정보를 생성할 수 있다. 이에 따라, 상기 단계(S430)에서는 철도 차량 상태 정보 및 철도 차량 진단 정보 중 적어도 하나의 정보를 출력할 수 있다.
구체적으로, 철도 차량 상태 정보에 포함된 센서 노드 장치(110)의 식별 정보 별로 매칭된 센싱 값을 기설정된 부속 장치 별 고장 발생 판단의 기준 값인 제 1 임계 값과 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 센서 노드 장치(110)의 식별 정보 별로 매칭된 센싱 값을 기설정된 부속 장치 별 고장 발생 예측 기준 값인 제 2 임계 값과 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 가능성을 판단할 수 있다. 참고로, 제 2 임계 값은 상기 제 1 임계 값보다 낮게 설정된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 방법에서는, 상기 단계(S410) 이전에 각 센서 노드 장치(110) 별로 다음과 같은 단계를 수행할 수 있다.
구체적으로, 센서 노드 장치(110)가 철도 차량의 주행에 의해 발생된 적어도 하나의 종류의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계 및 센서 노드 장치(110)가 전기 에너지를 동력원으로 하여 센서의 구동, 센서가 센싱한 센싱 값의 신호 처리 및 센싱 값의 무선 전송을 수행하는 단계를 수행할 수 있다. 이때, 센서 노드 장치(110)는 센서가 센싱한 원시 데이터를 기설정된 신호 처리(기설정된 샘플링 처리 및 양자화 처리 등)를 통해 디지털 데이터로 변환하되, 철도 차량의 주행에 의해 발생된 진동 주파수에 기초하여 상기 신호 처리의 조건이 갱신될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량 모니터링 방법에서는, 상기 단계 (S430) 이후에, 상기 무선 송출한 철도 차량 상태 정보에 대응하여 외부 관제 장치(200)로부터 유지 및 보수 지시 정보를 무선 수신하고, 수신된 유지 및 보수 지시 정보를 철도 차량 상에 설치된 표시부를 통해 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 철도 차량 모니터링 시스템
110: 센서 노드 장치
120: 싱크 노드 장치
130: 차상 모니터링 장치
110: 센서 노드 장치
120: 싱크 노드 장치
130: 차상 모니터링 장치
Claims (14)
- 철도 차량 상에 설치된 철도 차량 모니터링 시스템에 있어서,
상기 철도 차량의 부속 장치 별로 설치되며, 상기 부속 장치의 상태를 센싱하는 센서를 포함하고, 상기 센서가 센싱한 센싱 값을 실시간으로 무선 송출하는 센서 노드 장치;
적어도 하나의 상기 센서 노드 장치로부터 상기 센싱 값을 무선 수신하고, 상기 수신한 센싱 값을 통합한 철도 차량 상태 정보를 실시간 출력하는 싱크 노드 장치; 및
적어도 하나의 상기 싱크 노드 장치가 출력한 상기 철도 차량 상태 정보를 입력받아 통합 관리하고, 상기 철도 차량 상태 정보에 기초하여 상기 부속 장치 별 고장 발생 판단 및 고장 예측 처리를 수행하고, 상기 고장 발생 판단 및 예측 처리의 결과에 기초한 철도 차량 진단 정보를 생성하며, 통합된 상기 철도 차량 상태 정보 및 상기 철도 차량 진단 정보 중 적어도 하나를 실시간으로 출력하는 차상 모니터링 장치를 포함하는 철도 차량 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 차상 모니터링 장치는,
상기 통합된 철도 차량 상태 정보를 상기 철도 차량 상에 설치된 표시부를 통해 출력하는 차상 표시 제어부;
상기 철도 차량 상태 정보를 무선 통신망을 통해 외부 관제 장치로 무선 송출하는 상태 보고 처리부; 및
상기 무선 송출한 철도 차량 상태 정보에 대응하여 상기 외부 관제 장치로부터 유지 및 보수 지시 정보를 수신하는 유지 보수 지원부를 포함하되,
상기 유지 보수 지원부가 상기 유지 및 보수 지시 정보를 수신하면 상기 차상 표시 제어부가 상기 표시부를 통해 상기 유지 및 보수 지시 정보를 출력하는 철도 차량 모니터링 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 차상 표시 제어부는 상기 철도 차량 진단 정보를 상기 표시부를 통해 실시간 출력하고,
상기 상태 보고 처리부는 상기 철도 차량 진단 정보를 상기 외부 관제 장치로 무선 송출하는 철도 차량 모니터링 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 차상 모니터링 장치는,
상기 철도 차량 상태 정보에 포함된 상기 센서 노드 장치의 식별 정보 별로 매칭된 센싱 값과 기설정된 상기 부속 장치 별 고장 발생 판단의 기준 값인 제 1 임계 값을 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 여부를 판단하고,
상기 센서 노드 장치의 식별 정보 및 센싱 값과 기설정된 상기 부속 장치 별 고장 발생 예측의 기준 값인 제 2 임계 값을 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 가능성을 판단하되,
상기 제 2 임계 값은 상기 제 1 임계 값보다 낮게 설정되며,
상기 센싱 값이 상기 제 1 임계 값 이상인 경우 고장 발생으로 판단하고,
상기 센싱 값이 상기 제 1 임계 값 미만 상기 제 2 임계 값 이상인 경우 고장 발생 가능으로 판단하는 철도 차량 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 노드 장치는,
상기 철도 차량의 주행에 의해 발생된 적어도 하나의 종류의 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하고, 상기 전기 에너지를 센싱 동작, 센싱 값 신호 처리 및 무선 통신의 동력원으로 사용하는 에너지 하베스터를 포함하는 철도 차량 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 노드 장치는,
상기 센서가 센싱한 원시 데이터를 기설정된 신호 처리를 하여 디지털 데이터를 생성하는 센싱 데이터 처리 모듈을 포함하는 철도 차량 모니터링 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상시 센싱 데이터 처리부는,
상기 원시 데이터를 기설정된 샘플링 처리 및 양자화 처리하여 상기 디지털 데이터를 생성하되,
상기 철도 차량의 주행에 의해 발생된 진동 주파수에 기초하여 상기 샘플링 처리의 조건을 갱신하는 철도 차량 모니터링 시스템. - 철도 차량 상에 설치된 철도 차량 모니터링 시스템을 통한 철도 차량 모니터링 방법에 있어서,
(a) 상기 철도 차량의 부속 장치의 상태를 센싱하는 센서를 포함하는 복수의 센서 노드 장치가 실시간으로 무선 전송한 센싱 값을 수신하는 단계;
(b) 상기 수신한 센싱 값 및 상기 센서 노드 장치의 식별 정보들을 포함하는 철도 차량 상태 정보를 생성하는 단계;
(c) 상기 철도 차량 상태 정보에 기초하여 상기 부속 장치 별 고장 발생 판단 및 예측 처리를 수행하는 단계;
(d) 상기 고장 발생 판단 및 예측 처리의 결과에 기초하여 철도 차량 진단 정보를 생성하는 단계; 및
(e) 상기 철도 차량 상태 정보 및 상기 철도 차량 진단 정보 중 적어도 하나를 실시간으로 출력하는 단계를 포함하는 철도 차량 모니터링 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
상기 철도 차량 상태 정보 및 상기 철도 차량 진단 정보 중 적어도 하나를 철도 차량 상에 설치된 표시부를 통해 출력하는 단계; 및
상기 철도 차량 상태 정보 및 상기 철도 차량 진단 정보 중 적어도 하나를 무선 통신망을 통해 외부 관제 장치로 무선 송출하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함하는 철도 차량 모니터링 방법. - 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 철도 차량 상태 정보에 포함된 상기 센서 노드 장치의 식별 정보 별로 매칭된 센싱 값을 기설정된 상기 부속 장치 별 고장 발생 판단의 기준 값인 제 1 임계 값과 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 여부를 판단하고,
상기 센서 노드 장치의 식별 정보 별로 매칭된 센싱 값을 기설정된 상기 부속 장치 별 고장 발생 예측 기준 값인 제 2 임계 값과 비교하여 해당 부속 장치의 고장 발생 가능성을 판단하되,
상기 제 2 임계 값은 상기 제 1 임계 값보다 낮게 설정된 철도 차량 모니터링 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 (e) 단계 이후에,
상기 무선 송출한 철도 차량 상태 정보에 대응하여 상기 외부 관제 장치로부터 유지 및 보수 지시 정보를 무선 수신하는 단계; 및
상기 유지 및 보수 지시 정보를 상기 표시부를 통해 출력하는 단계를 더 포함하는 철도 차량 모니터링 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
상기 센서 노드 장치가 상기 철도 차량의 주행에 의해 발생된 적어도 하나의 종류의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계; 및
상기 센서 노드 장치가 상기 전기 에너지를 동력원으로 하여 상기 센서의 구동, 상기 센서가 센싱한 센싱 값의 신호 처리 및 상기 센싱 값의 무선 전송을 수행하는 단계를 더 포함하는 철도 차량 모니터링 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
상기 센서 노드 장치가 상기 센서가 센싱한 원시 데이터를 기설정된 신호 처리를 통해 디지털 데이터로 변환하는 단계를 더 포함하되,
상기 기설정된 신호 처리는 기설정된 샘플링 처리 및 양자화 처리를 포함하며, 상기 철도 차량의 주행에 의해 발생된 진동 주파수에 기초하여 상기 샘플링 처리의 조건이 갱신되는 철도 차량 모니터링 방법.
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