KR101706271B1

KR101706271B1 - 고속철의 도상 균열 검사장치

Info

Publication number: KR101706271B1
Application number: KR1020160101872A
Authority: KR
Inventors: 김경호; 황인영; 이원석; 신아영
Original assignee: 주식회사 에이베스트
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2017-02-22

Abstract

본 발명은 철도의 레일을 받치는 침목과 도상의 균열을 검사하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속철의 도상 균열 검사장치에 관한 것이다. 복수의 콘크리트 침목(20)이 설치된 단위 도상(10), 연속되는 상기 도상(10)의 상기 콘크리트 침목(20)위에 설치된 레일(1)로 이루어진 고속철의 도상 균열 검사장치에 있어서, 단위 도상(10)을 복수의 촬영영역으로 분할하여 촬영하는 복수의 카메라들; 복수의 카메라가 촬영한 복수의 분할영상을 통합하여 정지영상을 생성하는 영상통합부(240); 도상(10)의 균열 분석을 위해 기준이 되는 기준영상이 저장된 메모리(170); 정지영상과 기준영상에 기초하여 도상(10)의 균열 여부를 분석하는 균열분석부(160); 및 카메라, 영상통합부(240), 메모리(170) 및 균열분석부(160)를 제어하는 제어부(190)를 포함하고, 대차(300, 600)에 탑재되어 레일(1)을 따라 이동하며 검사한다.

Description

고속철의 도상 균열 검사장치{Ballast Crack Inspection Apparatus of A High Speed Rail}

본 발명은 철도의 레일을 받치는 침목과 도상의 균열을 검사하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속철의 도상 균열 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도가 다른 교통수단과 다른 점은 선로 위를 열차가 주행한다는 점이며, 사람이나 화물 등을 운반하기 위한 열차는 지상 또는 지하에 설치되는 철로를 따라 이동되며, 가장 흔하게 접할 수 있는 철로 선로는 전철이나 지하철의 철로가 있다.

이러한 철도 선로는 연속 형성되는 레일과, 그 레일의 하부를 지지하고 있는 다수의 침목 및 이러한 침목을 지지하고 있는 자갈층 또는 콘크리트층으로 구성되며, 이때, 종래에는 침목은 고가의 오크목이나 저가의 소나무 등을 사용하였으나 가격대비 사용 수명이 상대적으로 짧아 근래에 들어서는 콘크리트재로 된 침목을 주로 사용하고 있다.

도 1은 일반적인 철도 레일의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 철도 레일은 견고한 노반 위에 도상을 정해진 두께로 포설하고, 그 위에 침목(2)을 일정간격으로 부설하여 침목(2) 위에 두 줄의 철도 레일(1)을 소정 간격으로 평행하게 체결한 것이다. 시공기면(노면의 표면)이하의 노반과 함께 열차 하중을 직접 지지하는 중요한 역할을 하는 도상(4) 윗부분을 궤도라고 총칭한다.

침목(2)은 철도 레일(1)로부터 받는 하중을 도상에 전달하고, 철도 레일(1)의 위치를 유지한다. 이때, 침목(2)은 레일 길이 10m 당 보통 15본 ~ 17본을 배치하는 바, 침목(2)과 침목(2) 간의 간격이 일정하게 유지되어야 하고, 그 높낮이(수평)도 일정하게 유지되어야 한다. 만일, 침목(2) 간의 간격이 일정하지 않거나 높낮이가 다르면, 열차의 하중이 균등하게 분포되지 않아서 철도 레일(1)이 휘거나 균일이 발생하거나 또는 침목(2)의 균열이 발생하게 되며, 그로 인하여 철도 레일(1) 또는 침목(2) 및 차륜의 보수비가 증가하고 열차의 노후화가 가속화되는 문제가 있고, 열차 주행 시 승차감이 나빠진다는 문제점 및 철도 레일(1)의 손상으로 인한 열차의 탈선으로 안전사고 및 인명사고가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 기차나 지하철 등의 운반체와 궤도 검사 및 레일고정부재 파손 검사, 선로의 적합성 여부의 평가는 오랜 경험을 갖고 있는 검진도공의 검사에 의존하고 있는 실정이다. 이처럼 지금까지는 사람이 직접 궤도 및 레일 고정부재의 결함과 파손을 검사하기 때문에 시간, 인력의 낭비는 물론 경제적인 낭비를 초래하고 있는 것이 현실이고, 무엇보다도 사람이 하는 일이기 때문에 완전한 검측이 불가능하다는 문제점이 있었다.

특히 날씨, 환경, 검진도공의 책임감에 따른 주관적인 요소가 검사에 직접적인 영향을 미치고 있을 뿐만 아니라 여러 가지 상황 하에서 발생할 수 있는 검진도공의 안전상의 문제에 있어서도 매우 큰 부담으로 작용하고 있는 것이 현실이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 등록특허 제 10-1027910호 및 제 10-1446057호와 같이 레일 위를 움직이며 검사하는 시스템이 있었다.

그러나 제 10-1027910호에 따른 철도 침목 검사시스템의 경우, 고속으로 주행하는 열차에 탑재되어 고속 촬영이 가능한 카메라를 사용하여 영상을 획득해야 하므로 철도침목의 균열 위치를 파악하기 어려울 뿐만 아니라 고속 카메라의 경우 고가이고, 철도침목의 경우, 그 개수가 너무 많아서 이를 전수 검사하기는 불가능한 실정이다.

그리고, 제 10-1446057호의 경우 국철이나 완행열차용 일반 레일 검사에는 적용이 가능하나 KTX와 같이 200 ~ 300 Km/h의 속도로 주행하는 고속열차용 레일에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다. 이러한 고속열차용 레일과 침목의 균열은 대형 사고를 유발할 수 있기 때문에 더욱 철저한 안전검사가 요구되고 있다.

한편, 고속열차용 레일과 침목의 균열검사는 고속열차가 운행중인 시간에는 불가능하다. 따라서, 고속열차가 운행하지 않는 심야시간대를 이용하여 신속히 검사할 수 밖에 없다. 그런데, 고속열차의 경우 역과 역 사이의 거리가 멀기 때문에 검사장비를 실은 대차가 30 ~ 40 Km/h 정도의 종래 속도로 이동하면서는 주어진 시간내에 검사를 완료할 수 없었다.

따라서, KTX와 같은 고속열차의 레일과 침목을 100 Km/h 정도의 고속으로 이동하면서 균열을 검사할 수 있는 검사장비의 개발이 시급히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고속열차의 레일과 침목을 100 Km/h 정도의 고속으로 이동하면서 균열을 검사할 수 있는 고속철의 도상 균열 검사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 레일과 침목의 손상 여부를 판별하여 손상된 위치를 작업자에게 제공하고 보수함으로써 고속열차의 탈선으로 인한 안전사고 및 인명사고를 방지하는데 그 목적이 있다.

또한, 작업자에 의한 수동검사가 아닌 자동검사를 함으로써 철로를 정밀하게 검사할 수 있고, 검사인원을 감소시킬 수 있어 비용을 절감하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 복수의 콘크리트 침목(20)이 설치된 단위 도상(10), 연속되는 도상(10)의 콘크리트 침목(20)위에 설치된 레일(1)로 이루어진 고속철의 도상 균열 검사장치에 있어서, 단위 도상(10)을 복수의 촬영영역으로 분할하여 촬영하는 복수의 카메라들; 복수의 카메라가 촬영한 복수의 분할영상을 통합하여 정지영상을 생성하는 영상통합부(240); 도상(10)의 균열 분석을 위해 기준이 되는 기준영상이 저장된 메모리(170); 정지영상과 상기 기준영상에 기초하여 상기 도상(10)의 균열 여부를 분석하는 균열분석부(160); 및 카메라, 영상통합부(240), 메모리(170) 및 균열분석부(160)를 제어하는 제어부(190)를 포함하고, 대차(300, 600)에 탑재되어 레일(1)을 따라 이동하며 검사하는 것을 특징으로 하는 고속철의 도상 균열 검사장치가 제공된다.

그리고, 대차(300, 600)의 이동 속도를 감지하는 속도감지부(220)를 더 포함하고, 제어부(190)는 이동 속도에 기초하여 카메라와 영상통합부(240)를 제어할 수 있다.

아울러, 복수의 카메라는 4개 ~ 6개로 구성될 수 있다.

4개의 카메라는 1열 또는 2열로 배치될 수 있다.

4개의 카메라는 적어도 각각의 조명등(600)을 더 포함할 수 있다.

또한, 영상통합부(240)는, 복수의 카메라가 촬영한 복수의 분할영상을 통합하여 하나의 동영상을 생성하는 동영상생성부; 및 하나의 동영상으로부터 한 프레임을 추출하여 정지영상을 생성하는 정지영상추출부;를 포함할 수 있다.

또한, 단위 도상(10)의 크기는 폭과 길이가 3m × 6m일 수 있다.

대차(300, 600)의 이동 속도는 80 ~ 100 Km/h 범위이다.

복수의 카메라는 간헐적인 정지영상을 촬영하거나 동영상을 촬영하는 것이다.

분할영상, 정지영상과 그 일련번호, 균열분석부의 분석결과, 촬영시간, 이동속도중 적어도 하나가 메모리(170)에 저장될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 고속열차가 다니지 않는 심야시간대를 이용하여 역과 역사이를 80 ~ 100 Km/h 정도의 고속으로 이동하면서 고속열차의 레일과 침목에 대한 균열을 검사할 수 있다.

또한, 레일과 도상 및 침목의 손상 여부를 판별하여 손상된 위치를 작업자에게 제공하여 신속하게 보수 작업을 착수할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 철도 레일의 구조를 나타내는 사시도,
도 2는 고속철의 레일 구조와 본 발명의 제 1 실시예에 따른 카메라 촬영영역을 나타내는 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 도면의 부분 평면도,
도 4는 고속철의 레일 구조와 본 발명의 제 2 실시예에 따른 카메라 촬영영역을 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고속철의 도상 균열 검사장치의 사시도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고속철의 도상 균열 검사장치의 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 도상 균열 검사장치의 시스템 블럭도,
도 8은 실제 고속철 현장에서 작업자가 도상을 촬영한 사진,
도 9는 실제 고속철 현장에서 균열이 있는 도상을 촬영한 사진중 침목 부분만을 나타낸 사진,
도 10은 도 9의 사진을 기준영상과 비교하여 균열이 있는 부분을 분석하여 표시한 사진이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.

본 출원에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

제 1 실시예의 구성

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 제 1실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

도 2는 고속철의 레일 구조와 본 발명의 제 1 실시예에 따른 카메라 촬영영역을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 도면의 부분 평면도이며, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고속철의 도상 균열 검사장치의 사시도이다. 도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 레일(1)은 최상부에 평행하게 위치하여 KTX와 같은 고속열차가 200 ~ 300 Km/h의 고속으로 지나갈 수 있도록 경로를 제공한다.

콘크리트 침목(20)은 종래의 목재가 아닌 철근과 콘크리트로 제작되며, 한쌍의 레일(1)을 동시에 지지하는 것이 아니라 각각의 레일(1)을 지지하도록 분리되어 구성된다. 이러한 콘크리트 침목(20)는 단위 도상(10)당 9쌍 ~ 10쌍이 구비된다.

도상(10)은 폭과 길이가 3m × 6m인 직사각형 콘크리트 부재이다. 이러한 도상(10)위로 다수개의 콘크리트 침목(20)이 설치된다. 즉, 고속철은 이러한 도상(10)이 연속적으로 시공되어 있다. 단위 도상(10)이란 이러한 도상(10) 한개를 의미한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 대차(300)는 레일(1) 위에서 80 ~ 100 Km/h 속도로 운행이 가능하다. 80 Km/h 보다 저속인 경우 고속철의 역과 역 사이를 주어진 시간에 검사하기 어렵고, 100 Km/h 보다 고속인 경우 추후 설명하는 영상처리가 지연되거나 고가의 카메라(예 : 초고속 카메라) 필요할 수 있고 대차(300) 운행의 안전성을 고려해야 하기 때문이다.

도 5에서는 본 발명의 특징을 설명하기 위한 부분만을 중심으로 도시하였으며, 대차(300) 운행에 필요한 동력기관(엔진, 모터, 배터리, 제동장치) 등은 도시를 생략하였다.

본체(500)는 대차(300)에 탑재되며, 내부에 전원부(200)나 컴퓨터(예 : 노트북)가 수용된다. 컴퓨터는 도 7에 도시된 균열검사장치(100)를 구현하는 대표적인 실시예이다.

바퀴(310)는 레일(1) 위에서 구동하며, 속도감지부(예 : 엔코더 또는 타코메터, 220)가 부착되어 현재의 주행속도를 제어부(190)로 전송한다.

조명등(600)은 단위 도상(10) 전체를 조명하도록 배치되며, LED 조명이 대표적인 실시예이다. 조명등(600)은 카메라의 갯수만큼 설치할 수도 있다.

제 1, 2, 3, 4 카메라(121, 122, 123, 124)는 1열로 배치되며 레일(1)의 횡방향이나 종방향으로 설치될 수 있다. 도 3은 제 1, 2, 3, 4 카메라(121, 122, 123, 124)가 레일(1)의 횡방향으로 설치되었을 때, 제 1, 2, 3, 4 촬영영역(50, 52, 54, 56)을 나타낸다.

도 7은 본 발명에 따른 도상 균열 검사장치의 시스템 블럭도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 균열검사장치(100)는 제어부(190)를 중심으로 다수의 구성요소들을 포함한다.

무선통신부(110)는 균열검사장치(100)에서 발생하는 정보를 외부로 전송하거나 외부로부터 제어명령이나 정보를 수신하는 역활을 한다. 이동통신모듈(111)은 3G, 4G 등의 CDMA 통신이 대표적이며, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.

GPS(114)는 현재의 위치, 이동속도나 시간 정보를 제어부(190)로 전달한다. 이를 위해 무선통신부(110)에는 GPS(114)와 연동되는 네비게이션 지도를 포함할 수 있다. GPS(114)는 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS(114)는 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수있다.

그 밖에 필요에 따라 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 와이파이 모듈 등을 추가할 수 있다. 무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 침목 균열 검사 장비에 내장되거나 외장될 수 있다. 상기 무선 인터넷의 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.

근거리 통신 모듈은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신(short range communication)의 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.

위치 정보 모듈(114)은 침목 균열 검사 장비의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다. 현재 기술에 의하면, 상기

카메라부(120)는 제 1, 2, 3, 4 카메라(121, 122, 123, 124)로 구성된다. 도상(10)의 크기나 영상처리 방법에 따라 카메라의 갯수는 변경될 수 있다. 제 1, 2, 3, 4 카메라(121, 122, 123, 124)는 연속적으로 도상(10)을 촬영하는 동영상 카메라(비디오 카메라)일 수도 있고, 일정 간격(도상의 길이)마다 동조되어 간헐적으로 촬영하는 디지털 카메라일 수도 있다.

속도감지부(220)는 대차(300)의 이동속도를 감지하여 제어부(190)로 전송한다. 대차(300)의 이동속도는 영상통합부(240)에서 각 카메라 영상을 통합하는데 중요한 기준으로 사용된다. 대표적인 실시예로는 회전을 감지할 수 있는 엔코더 또는 타코메터가 될 수 있다.

레이저(400)는 각 카메라(121, 122, 123, 124)의 옆에 부착되어 지면을 향해 수직으로 조사되도록 배치된다. 레이저(400)는 얇은 저전력 레이저 빔의 가시광선을 발산하는 기기이다. 레이저(400)는 기설정된 간격마다 카메라(121)의 촬영범위 내에 레이저를 조사하여, 촬영된 콘크리트 침목(20) 이미지의 침목이 어디에 위치하는지 계산하기 위해 사용된다. 침목의 위치 계산방법에 대해 일례를 들어 설명한다.

레이저(400)는 기설정된 간격마다 자동으로 레이저를 조사하도록 제어될 수 있다. 균열검사장치(100)의 대차(300)가 이동한 거리를 측정하는 방법은 여러 가지가 있으나 일예를 들어 설명한다.

대차(300)가 6m 이동될 때마다 철도에 레이저가 조사된다면 영상에도 조사된 레이저가 촬영될 것이다. 콘크리트 침목(20)이 촬영된 시점까지 레이저(400)가 조사된 횟수가 5번이라면 레이저가 조사된 간격인 6m를 곱하여 콘크리트 침목(20)의 위치는 촬영이 시작된 기점으로부터 30m에 위치한다는 것을 산출할 수 있다.

한편, 레이저(400)는 지면에 수직하게 조사하는 것이 바람직하다. 레이저(400)가 조사되는 각이 수직하지 않다면 지면의 굴곡상태 또는 철도가 직선이 아닌 경우 영상에서 철도에 조사된 레이저의 위치가 이동될 수 있기 때문이다.

전원부(200)는 균열검사장치(100)가 동작하기 위해 필요한 전원을 공급하는 발전기 또는 2차 전지가 될 수 있다.

조명등(600)은 제어부(190)에 의해 점멸이 제어되고, 조도센서(140)의 출력에 기초하여 밝기도 조절된다. 조도 센서(140)는 조도(빛의 밝기)를 감지하는 것으로 철도의 도상(10)과 콘크리트 침목(20)에 비춰지는 빛의 밝기를 감지한다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 균열검사는 고속열차가 운행하지 않는 심야시간대를 이용하므로 조명등(600)은 중요한 역할을 한다. 특히 고속철의 노선이 터널을 지나거나 번화가를 지나는 경우 조도가 달라질 수 있으므로 일정한 광량의 제어는 검사의 품질을 좌우할 수 있다.

사용자입력부(130)는 동작을 위한 사용자의 명령이나 정보, 파일 등을 입력할 수 있다. 사용자입력부(130)는 사용자가 단말기의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 키보드, 마우스, 터치 스크리, USB 포트, 방향키, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

메모리(170)에는 균열분석을 위한 기준영상이 저장되고, 각 카메라의 영상이나 통합영상, 대차 운행정보, 균열 분석 결과 등이 저장된다. 이러한 메모리(170)는 RAM과 ROM 및 하드디스크, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), SRAM(Static Random Access Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 균열검사장치(100)는 인터넷 상에서 메모리(170)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 또는 클라우딩과 관련되어 동작할 수도 있다.

인터페이스부(180)는 균열검사장치(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 채널 역할을 한다. 인터페이스부(180)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 균열검사장치(100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 균열검사장치(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트가 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(180)에 포함될 수 있다.

영상통합부(240)는 제 1, 2, 3, 4 카메라(121, 122, 123, 124)가 촬영한 각각의 분할영상을 통합하여 하나의 정지영상을 생성한다. 보다 상세하게 살펴보면, 먼저, 동영상생성부가 4개의 분할영상을 시간적으로 동기화하여 하나의 동영상 파일을 생성한다. 이러한 동영상 파일은 초당 24, 30, 60프레임의 HD(1366×768) 또는 FHD(1920×768) 영상이면 바람직하다.

정지영상추출부는 대차(300)의 속도 및 레이저(400)를 이용하여 측정한 거리에 기초하여 통합된 동영상 파일로부터 온전한 한장의 단위 도상(10)의 정지영상(스틸 이미지)을 추출한다. 이를 위해 영상으로부터 도상(10)의 가장자리와 꼭지점을 검출하는 방법(Border Detection)이 사용된다. 이렇게 생성된 정지영상의 파일이름에는 일련번호, 검사구간, 검사일시 등이 포함된다.

균열분석부(160)는 생성된 정지영상과 메모리(170)의 기준영상을 비교하여 균열여부를 판단한다. 구체적으로 균열분석에는 도상(10)과 콘크리트 침목(20)에 발생한 균열의 폭 및 길이가 어느 정도인지, 균열에 백태가 발생하였는지, 콘크리트가 박리 또는 박락되었는지 등을 분석하는 것이 포함된다.

출력부(150)는 균열검사장치(100)의 각종 검사결과를 사용자에게 출력하기 위한 장치이다. 디스플레이부(151)는 LCD 모니터가 대표적인 실시예로서, 카메라 영상, 균열분석부의 분석 결과, 시간, 속도, 이동 경로, 네이게이션 맵 등을 표시한다. 필요에 따라 디스플레이부(151)는 터치스크린을 적용하여 사용자입력부(130) 기능을 수행할 수 있다.

음향출력모듈(152)은 오디오를 출력하기 위한 스피커나 부저가 대표적인 실시예이다. 사용자에게 경고음을 주거나 동작 확인음을 출력한다.

알람부(153)는 진동, 경광등, LED 등으로 구현할 수 있으며, 정상상태, 비상상태, 주의, 이벤트 발생 등을 사용자나 주변으로 알릴 수 있다.

제 2 실시예의 구성

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 제 2 실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

단, 도 7과 같은 시스템은 제 2 실시예에서도 동일하게 적용되므로 반복적인 설명을 피하기 위해 구체적인 설명은 제 1 실시예의 설명으로 갈음한다.

도 4는 고속철의 레일 구조와 본 발명의 제 2 실시예에 따른 카메라 촬영영역을 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고속철의 도상 균열 검사장치의 사시도이다. 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1, 2, 3, 4 카메라(121, 122, 123, 124)는 2열로 배치되고, 도 4에서와 같이 단위 도상(10)을 촬영할 수 있다.

대차(600)는 안정적인 구조를 위해 바퀴(310)와 바퀴(310) 사이에 카메라들((121, 122, 123, 124)을 배치한다. 그외, 조명등(600), 레이저(400), 속도감지부(220), 조도센서(140) 등의 구성은 제 1 실시예와 동일한다.

이상에서 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(190) 자체로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리(170)에 저장되고, 제어부(190)에 의해 실행될 수 있다.

실시예의 동작

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예를 첨부도면을 참조하여 구체적인 동작 방법을 설명하도록 한다.

먼저 대차(300)가 레일(1) 위를 100 km/h의 속도로 주행하면서 제 1, 2, 3, 4 카메라(121, 122, 123, 124)의 촬영범위내에 기설정된 간격마다 레이저(400)를 조사하며 도상(10)에 대한 영상을 촬영한다.

이 단계에서 조도센서(140)를 이용하여 레일(1)과 도상(10)에 비춰지는 빛의 밝기를 감지하고 제어부(190)에 의해 조명등(600)은 일정한 밝기가 되도록 발광한다.

다음으로, 영상통합부(240)는 4개의 동영상 파일로부터 한개의 동영상 파일을 통합 생성한다. 그리고, 통합된 동영상 파일로부터 단위 도상(10)이 촬영된 영상 프레임을 정지영상으로 추출한다. 추출된 영상의 파일이름은 GPS(114)와 속도감지부(220)에 기초하여 검사노선의 구간이름, 현재위치(예 : GPS 위치, 몇번째 도상), 시간등을 포함하여 정해진다.

그 다음, 제어부(190)는 메모리(170)로부터 기준영상을 독출하고, 균열분석부는 정지영상과 기준영상을 픽셀-픽셀로 매칭하여 대비한다. 이러한 대비를 통해 정지영상에 균열이 있는지, 있다면 균열의 길이와 폭은 어느 정도인지, 백태 발생여부, 콘크리트의 박리와 박락은 있는지를 판단하게 된다.

이렇게 촬영된 동영상, 정지영상, 판단정보(검사노선의 구간이름, 현재위치, 시간), 판단 결과 등은 메모리(170)에 순차적으로 저장된다.

이와 같이 메모리(170)에 저장된 정보는 추후 데이터베이스나 엑셀 등으로 처리되며, 도상(10)에 대한 이력관리 등에 활용된다.

도 8은 실제 고속철 현장에서 작업자가 도상을 촬영한 사진이고, 도 9는 실제 고속철 현장에서 균열이 있는 도상을 촬영한 사진중 침목 부분만을 나타낸 사진이며, 도 10은 도 9의 사진을 기준영상과 비교하여 균열이 있는 부분을 분석하여 표시한 사진이다. 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 균열이 있는 부분이 확인되고 이를 도 10과 같이 굵은 노란선, 청색선, 하늘색선으로 표시하여 나타나게 된다. 예를 들어, 청색선은 균열을 나타내고, 노란선은 파여진 부분, 하늘색선은 가장자리 깨어진 부분을 나타낸다.

변형예

본 발명에 따른 도상의 촬영작업과 균열분석작업은 대차(300)의 이동중 실시간으로 처리될 수 있다. 카메라의 해상도가 높거나 이동속도가 높은 경우 촬영작업이 수행된 후 별도 오프라인에서 분석작업을 실시할 수도 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

1 : 레일,
2 : 침목,
10 : 도상,
20 : 콘크리트 침목,
50 : 제 1 촬영영역,
52 : 제 2 촬영영역,
54 : 제 3 촬영영역,
56 : 제 4 촬영영역,
60 : 제 1 촬영영역,
62 : 제 2 촬영영역,
64 : 제 3 촬영영역,
66 : 제 4 촬영영역,
100 : 균열 검사장치,
110 : 무선통신부,
111 : 이동통신모듈,
114 : GPS,
120 : 카메라부,
121 : 제 1 카메라,
122 : 제 2 카메라,
123 : 제 3 카메라,
124 : 제 4 카메라,
130 : 사용자입력부,
140 : 조도센서,
150 : 출력부,
151 : 디스플레이부,
152 : 음향출력모듈,
153 : 알람부,
160 : 균열분석부,
170 : 메모리,
180 : 인터페이스부,
190 : 제어부,
200 : 전원부,
220 : 속도감지부,
240 : 영상통합부,
300 : 대차,
310 : 바퀴,
400 : 레이저,
500 : 본체,
600 : 조명등.

Claims

복수의 콘크리트 침목(20)이 설치되고, 폭과 길이가 3m × 6m인 콘크리트 도상(10), 연속되는 상기 도상(10)의 상기 콘크리트 침목(20)위에 설치된 레일(1)로 이루어진 고속철의 도상 균열 검사장치에 있어서,
각각의 상기 도상(10)을 복수의 촬영영역으로 분할하여 동영상으로 촬영하는 복수의 카메라들과 각각의 조명등(600);
상기 복수의 카메라가 촬영한 복수의 분할영상을 통합하여 하나의 동영상을 생성하는 동영상생성부;
상기 하나의 동영상으로부터 한 프레임을 추출하여 상기 도상(10) 한개가 전부 촬영된 정지영상을 생성하는 정지영상추출부;
상기 도상(10)의 균열 분석을 위해 기준이 되는 기준영상이 저장된 메모리(170);
상기 정지영상과 상기 기준영상에 기초하여 상기 도상(10)의 균열 여부를 분석하는 균열분석부(160);
상기 카메라, 동영상생성부, 정지영상추출부, 메모리(170) 및 균열분석부(160)를 제어하는 제어부(190);
대차(300)의 바퀴(310)의 회전에 기초하여 이동 속도를 감지하는 속도감지부(220);
상기 대차(300)에 설치되어 위치를 검출하는 GPS(114); 및
상기 GPS(114)와 연동되는 네비게이션;을 포함하고,
상기 제어부(190)는 상기 이동 속도에 기초하여 상기 카메라, 상기 동영상생성부 및 정지영상추출부를 제어하고,
상기 분할영상, 상기 정지영상과 일련번호, 상기 균열분석부의 분석결과, 촬영시간과 촬영위치, 검사노선의 구간이름이 상기 메모리(170)에 저장되며,
상기 대차(300)에 탑재되어 상기 레일(1)을 따라 80 ~ 100 Km/h 범위의 속도로 이동하며 검사하는 것을 특징으로 하는 고속철의 도상 균열 검사장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 복수의 카메라는 4개로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속철의 도상 균열 검사장치.
제 3 항에 있어서,
상기 4개의 카메라는 1열 또는 2열로 배치되는 것을 특징으로 하는 고속철의 도상 균열 검사장치.
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