KR101779983B1 - 자기부상열차의 속도 측정 장치 및 속도 측정 방법 - Google Patents

자기부상열차의 속도 측정 장치 및 속도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상에 패턴을 설치하지 않고 자기부상열차의 속도를 정밀하게 측정할 수 있는 자기부상열차의 속도 측정 장치 및 속도 측정 방법를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 장치는 자기부상열차의 속도를 측정하는 자기부상열차의 속도 측정 장치에 있어서, 지상을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 센서, 상기 지상에서 반사된 레이저를 수신하는 수신부, 수신된 신호를 분석하여 지상의 구조물에 따라 형성되는 특징점을 추출하는 특징점 추출부, 서로 다른 시간대에서 수신된 신호에서 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점의 위치를 비교하는 특징점 비교부, 및 특징점의 위치에 따라 자기부상열차의 속도를 산출하는 속도 산출부를 포함한다.

Description

자기부상열차의 속도 측정 장치 및 속도 측정 방법{SPEED MEASURING APPARATUS AND SPEED MEASURING METHOD FOR MAGNETCI LEVITATION TRAIN}
본 발명은 속도 측정 장치 및 속도 측정 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 자기부상열차의 속도 측정 장치 및 속도 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 열차의 속도를 측정 하기 위해서 열차의 바퀴에 연결 설치된 엔코더를 이용하거나 도플러 센서를 갖는 속도 계측기를 이용한다. 그러나 도플러 센서는 우천 시에 정밀한 속도 측정이 어려운 문제가 있으며, 엔코더는 바퀴를 갖지 않는 자기부상열차에 적용하기 어려운 문제가 있다.
한편, 종래에는 자기부상열차의 속도를 측정하기 위해서 지상에 반사 패턴을 설치하고 반사 패턴을 인식하는 센서를 차량에 부착하여 속도를 인식하는 방법이 활용되었다. 그러나 이러한 방법은 지상에 패턴을 설치해야 하므로 비용이 증가하고 눈 또는 이물질로 인하여 패턴이 가려진 경우에는 정확한 패턴을 측정하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지상에 패턴을 설치하지 않고 자기부상열차의 속도를 정밀하게 측정할 수 있는 자기부상열차의 속도 측정 장치 및 속도 측정 방법를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 장치는 자기부상열차의 속도를 측정하는 자기부상열차의 속도 측정 장치에 있어서, 지상을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 센서, 상기 지상에서 반사된 레이저를 수신하는 수신부, 수신된 신호를 분석하여 지상의 구조물에 따라 형성되는 특징점을 추출하는 특징점 추출부, 서로 다른 시간대에서 수신된 신호에서 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점의 위치를 비교하는 특징점 비교부, 및 특징점의 위치에 따라 자기부상열차의 속도를 산출하는 속도 산출부를 포함한다.
여기서, 상기 레이저 센서는 길이를 갖는 라인 형태의 레이저 빔을 조사하고 상기 길이는 20cm 내지 150cm로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 레이저 센서는 궤도에 설치된 침목을 향하여 레이저를 조사하고, 상기 특징점 추출부는 상기 침목에 의하여 형성되는 특징점을 추출할 수 있다.
또한, 상기 레이저 센서는 기 설정된 주기로 레이저 빔을 조사할 수 있다.
또한, 상기 속도 산출부는 상기 특징점 사이의 간격을 측정된 신호의 주기로 나누어 자기부상열차의 속도를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자기부상열차의 속도 측정 방법은 자기부상열차의 속도를 측정하는 자기부상열차의 속도 측정 방법에 있어서, 지상을 향하여 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 단계, 상기 지상에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 레이저 수신 단계, 수신된 신호를 분석하여 지상의 구조물에 따라 형성되는 특징점을 추출하는 특징점 추출 단계, 서로 다른 시간대에서 측정된 신호에서 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점의 위치를 비교하는 특징점 비교 단계, 및 특징점의 위치에 따라 자기부상열차의 속도를 산출하는 속도 산출 단계를 포함한다.
여기서, 상기 레이저 조사 단계는 길이를 갖는 라인 형태의 레이저를 조사하며, 상기 길이는 20cm 내지 150cm로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 레이저 조사 단계에서 상기 레이저는 궤도에 설치된 침목을 향하여 조사되고, 상기 특징점 추출 단계에서 상기 침목에 의하여 형성되는 특징점이 추출될 수 있다.
또한, 상기 속도 산출 단계에서 상기 자기부상열차의 속도는 상기 특징점 사이의 거리를 측정된 신호의 시간차로 나누어 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 레이저 센서를 이용하여 특징점을 추출하고, 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점의 위치를 비교하여 속도를 산출하므로 궤도에 반사 패턴을 설치하지 아니하고도 비접촉식으로 정확하게 자기부상열차의 속도를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 장치에 의하여 측정된 신호를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 장치를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 속도 측정 장치(30)는 레이저 센서(31), 수신부(32), 특징점 추출부(33), 특징점 비교부(34), 및 속도 산출부(35)를 포함한다. 자기부상열차(10)는 침목(21)이 설치된 궤도(20) 상에서 자기력에 의하여 부상 이동하도록 이루어진다.
레이저 센서(31)는 길이를 갖는 라인 형태의 레이저 빔을 조사하는 센서로 이루어지며, 레이저 센서(31)가 조사하는 레이저 빔(36)의 길이는 20cm 내지 150cm로 이루어질 수 있다. 레이저 센서(31)는 레이저 빔(36)의 길이가 궤도(20)의 길이방향으로 길게 이어지도록 레이저 빔(36)을 조사할 수 있다. 또한, 레이저 센서(31)는 자기부상열차(10)의 하면에서 궤도(20)를 향하도록 설치되어 궤도(20)에 설치된 침목(21)을 향하여 레이저 빔(36)을 조사할 수 있다. 또한 레이저 센서(31)는 기 설정된 주기로 레이저 빔(36)을 조사할 수 있으며, 여기서 주기는 0.005초 내지 0.2초로이루어질 수 있으며, 0.01초로 이루어질 수도 있다.
수신부(32)는 지상에서 반사된 레이저 빔을 수신하는데, 반사된 레이저 빔의 길이 전체를 수신하도록 이루어질 수 있다. 수신부(32)는 주기적으로 조사된레이저 빔을 수신할 수 있다. 또한, 레이저 센서(31)는 연속적으로 레이저 빔을 조사하고, 수신부(32)는 기 설정된 주기로 반사된 신호를 수신, 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 장치에 의하여 측정된 신호를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 특징점 추출부(33)는 수신된 신호에서 특징점(SP)을 추출하는데, 특징점이라 함은 궤도에서 돌출된 구조물에 의하여 반사된 부분을 의미한다. 도 2에 도시된 바와 같이 궤도(20) 상에 설치된 침목(21)에 의하여 레이저가 반사되면 침목(21)의 형상에 따라 반사되는 신호에서 특징점(SP)이 나타나는데, 특징점 추출부(33)는 수신된 신호에서 침목(21)에 의하여 나타나는 특징점(SP)을 추출한다. 본 실시예에서는 침목(21)의 형상에 의하여 특징점(SP)이 형성되는 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 침목(21) 이외에 다른 궤도 구조물에 의하여 특징점(SP)이 형성될 수도 있다.
특징점 비교부(34)는 시간 차이를 두고 수신된 신호들에서 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점(SP)을 비교하여 신호 간의 간격을 추출한다. 제1 시간(T1)에 레이저 빔을 조사하고, 0.01초 간격으로 제2 시간(T2)레이저 빔을 조사하면 0.01초 동안 자기부상열차(10)가 이동한 만큼 특징점(SP)의 간격(S)이 발생한다. 특징점 비교부(34)는 이러한 특징점들(SP)을 비교하여 특징점(SP)의 위치에 따른 간격(S)을 측정한다.
속도 산출부(35)는 특징점(SP)의 위치에 따라 자기부상열차(10)의 속도를 산출한다. 자기부상열차(10)의 속도는 특징점(SP)의 간의 간격(S)을 수신된 신호의 주기로 나누어 산출할 수 있다. 예를 들어 특징점(SP) 간의 간격(S)이 120cm 이고 수신된 신호의 주기가 0.01초인 경우, 자기부상열차(10)의 속도는 432Km/h로 측정될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 라인 형태의 레이저 센서(31)를 이용하여 자기부상열차(10)의 속도를 측정함으로써 정확하게 자기부상열차(10)의 속도를 측정할 수 있으며, 궤도(20)에 반사 패턴을 설치하지 아니하고도 비접촉 방식으로 자기부상열차(10)의 속도를 측정할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 방법에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상열차의 속도 측정 방법은 레이저 조사 단계(S101), 레이저 수신 단계(S102), 특징점 추출 단계(S103), 특징점 비교 단계(S104), 및 속도 산출 단계(S105)를 포함한다.
레이저 조사 단계(S101)에서는 레이저 센서(31)에 의하여 레이저 빔(36)이 지상을 향하여 조사되며, 길이를 갖는 라인 형태의 레이저 빔(36)이 조사된다. 레이저 센서(31)가 조사하는 레이저 빔(36)의 길이는 20cm 내지 150cm로 이루어질 수 있다. 레이저 빔(36)의 길이가 궤도(20)의 길이방향으로 길게 이어지도록 조사될 수 있다. 또한, 레이저 센서(31)는 자기부상열차(10)의 하면에서 궤도(20)를 향하도록 설치되어 궤도(20)에 설치된 침목(21)을 향하여 레이저 빔(36)을 조사할 수 있다. 또한 레이저 빔(36)은 기 설정된 주기로 조사할 수 있으며, 여기서 주기는 0.005초 내지 0.2초로이루어질 수 있으며, 0.01초로 이루어질 수도 있다.
레이저 수신 단계(S102)에서는 지상에서 반사된 레이저 빔이 수신되는데, 반사된 레이저 빔의 길이 전체를 수신할 수 있다. 레이저 수신 단계(S102)에서는 주기적으로 조사된 레이저 빔을 수신할 수 있으며, 연속적으로 조사된 레이저 빔을 기 설정된 주기로 반사된 신호를 수신, 저장할 수 있다.
특징점 추출 단계(S103)에서는 수신된 신호를 분석하여 지상의 구조물에 따라 형성되는 특징점이 추출된다. 여기서, 특징점(SP)이라 함은 궤도(20)에서 돌출된 구조물에 의하여 반사된 부분을 의미한다. 궤도(20) 상에 설치된 침목(21)에 의하여 레이저가 반사되면 침목(21)의 형상에 따라 반사되는 신호에서 특징점(SP)이 나타나며, 특징점 추출 단계(S103)에서는 수신된 신호에서 침목(21)에 의하여 나타나는 특징점(SP)이 추출된다.
특징점 비교 단계(S104)는 시간 차이를 두고 수신된 신호들에서 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점(SP)을 비교하여 신호 간의 간격을 추출한다. 제1 시간(T1)에 레이저 빔을 조사하고, 0.01초 간격으로 제2 시간(T2)레이저 빔을 조사하면 0.01초 동안 자기부상열차(10)가 이동한 만큼 특징점(SP)의 간격(S)이 발생한다. 특징점 비교부(34)는 이러한 특징점들(SP)을 비교하여 특징점(SP)의 위치에 따른 간격(S)을 측정한다.
속도 산출 단계(S105)는 특징점(SP)의 위치에 따라 자기부상열차(10)의 속도를 산출한다. 자기부상열차(10)의 속도는 특징점(SP)의 간의 간격(S)을 수신된 신호의 주기로 나누어 산출할 수 있다. 예를 들어 특징점(SP) 간의 간격(S)이 120cm 이고 수신된 신호의 주기가 0.01초인 경우, 자기부상열차(10)의 속도는 432Km/h로 측정될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 라인 형태의 레이저 빔을 조사하고 침목에 의하여 반사된 신호를 분석하여 특징점을 추축하고 이에 의하여 자기부상열차(10)의 속도를 측정할 수 있으며, 궤도(20)에 반사 패턴을 설치하지 아니하고도 비접촉 방식으로 자기부상열차(10)의 속도를 측정할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 자기부상열차 20: 궤도
21: 침목 30: 속도 측정 장치
31: 레이저 센서 32: 수신부
33: 특징점 추출부 35: 속도 산출부
36: 레이저 빔

Claims (9)

  1. 자기부상열차의 속도를 측정하는 자기부상열차의 속도 측정 장치에 있어서,
    지상을 향하여 레이저를 조사하는 레이저 센서;
    상기 지상에서 반사된 레이저를 수신하는 수신부;
    수신된 신호를 분석하여 지상의 구조물에 따라 형성되는 특징점을 추출하는 특징점 추출부;
    서로 다른 시간대에서 수신된 신호에서 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점의 위치를 비교하는 특징점 비교부; 및
    특징점의 위치에 따라 자기부상열차의 속도를 산출하는 속도 산출부;를 포함하며,
    상기 레이저 센서는 궤도에 설치된 침목을 향하여 레이저를 조사하고, 상기 특징점 추출부는 상기 침목에 의하여 형성되는 특징점을 추출하며,
    상기 특징점은
    궤도로부터 높이로 돌출되고 거리를 가지는 상기 침목에서 상기 거리의 일단으로부터 추출되는 자기부상열차의 속도 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 센서는 길이를 갖는 라인 형태의 레이저 빔을 조사하고 상기 길이는 20cm 내지 150cm인 자기부상열차의 속도 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 센서는 기 설정된 주기로 레이저 빔을 조사하는 자기부상열차의 속도 측정 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 속도 산출부는 상기 특징점 사이의 간격을 측정된 신호의 주기로 나누어 자기부상열차의 속도를 산출하는 자기부상열차의 속도 측정 장치.
  6. 자기부상열차의 속도를 측정하는 자기부상열차의 속도 측정 방법에 있어서,
    지상을 향하여 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 단계;
    상기 지상에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 레이저 수신 단계;
    수신된 신호를 분석하여 지상의 구조물에 따라 형성되는 특징점을 추출하는 특징점 추출 단계;
    서로 다른 시간대에서 측정된 신호에서 동일한 구조물에 의하여 형성된 특징점의 위치를 비교하는 특징점 비교 단계; 및
    특징점의 위치에 따라 자기부상열차의 속도를 산출하는 속도 산출 단계;를 포함하며,
    상기 레이저 조사 단계에서 상기 레이저는 궤도에 설치된 침목을 향하여 조사되고, 상기 특징점 추출 단계에서 상기 침목에 의하여 형성되는 특징점이 추출되며,
    상기 특징점은
    궤도로부터 높이로 돌출되고 거리를 가지는 상기 침목에서 상기 거리의 일단으로부터 추출되는 자기부상열차의 속도 측정 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 단계는 길이를 갖는 라인 형태의 레이저를 조사하며, 상기 길이는 20cm 내지 150cm인 자기부상열차의 속도 측정 방법.
  8. 삭제
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 속도 산출 단계에서 상기 자기부상열차의 속도는 상기 특징점 사이의 거리를 측정된 신호의 시간차로 나누어 산출되는 자기부상열차의 속도 측정 방법.
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