KR101784684B1 - 무선ap를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템 및 그 방법 - Google Patents

무선ap를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 열차내에 설치된 단말기가 선로에 설치된 RFID 트랜스폰더를 통해서 열차의 위치검지를 수행하다가, RFID 태그로부터 신호가 감지되지 않을 경우 열차의 위치를 검지할 수 없으므로, 선로변에 설치된 복수개의 무선AP로부터 전달되는 무선신호의 전계강도를 구하여 열차의 정확한 위치를 검지함으로써, RFID 태그가 검지되지 않는 구간에서 무선AP를 이용하여 고정밀로 열차위치의 검지를 수행하는 시스템 및 그 방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

Description

무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR HIGH PRECISION TRAIN POSITION DETECTION USING WIRELESS ACCESS POINTS AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열차내에 설치된 단말기가 선로에 설치된 RFID 트랜스폰더를 통해서 열차의 위치검지를 수행하다가, RFID 태그로부터 신호가 감지되지 않을 경우 열차의 위치를 검지할 수 없으므로, 선로변에 설치된 복수개의 무선AP로부터 전달되는 무선신호의 전계강도(RSS)를 구하여 열차의 정확한 위치를 검지함으로써, RFID 태그가 검지되지 않는 구간에서 무선AP를 이용하여 고정밀로 열차위치의 검지를 수행하는 시스템 및 그 방법을 제공하는 것에 관한 것이다.
열차를 안전하게 운행하기 위해서는 열차 선로의 전체 궤도 내에서 운행되는 모든 열차의 위치를 정확하게 파악하는 것이 필수적이다. 정확하고 신뢰성 있는 열차의 위치정보는 열차제어분야 뿐만 아니라, 화물운송, 열차운행감시, 승객서비스, 사고방지 등 철도교통 분야에서 활용 가능한 기초정보가 된다. 따라서 이러한 열차의 위치정보는 시스템 차원에서 파악, 확인 및 관리하는 것이 필요하다.
종래에는 열차위치검지 방식으로 궤도회로 방식과 트랜스폰더(Transponder) 및 이동거리 계산을 통해서 열차의 위치를 측정하는 방식이 널리 사용되었다. 또한 종래의 열차위치검지기술은 정확성 및 효율성의 향상을 위해 궤도회로기반의 지상중심 열차검지방식에서 차상센서 기반의 차상중심 열차검지방식으로 발전되고 있다. 또한 1차원 선로 및 시설물 정보에서 3차원 선로 및 시설물 정보로의 발전이 진행 중에 있으나, 아직 실무에 있어서는 지상중심 열차위치검지방식과 1차원 선로 및 시설물 정보만을 활용하고 있어 철도 운영 및 유지보수 측면에서 비효율적이다.
현재 대부분의 도시철도, 일반철도, 고속철도에서 적용 중인 열차위치검지기술은 지상설비인 궤도회로와 차상설비인 차륜센서를 이용하고 있어, 구축 및 유지보수 비용이 증가하고 있고, 따라서 위치정보 품질을 위해 철도교통 위치검지기술의 정확성과 효율성에 대한 개선이 필요한 실정이다.
궤도회로는 일정길이의 궤도회로 내에 열차의 존재를 검지하는 것을 통해 열차의 위치를 파악하므로, 위치검지 정확성이 궤도회로 길이로 제한되는 문제가 있다. 또한 열차에 설치되는 차륜센서는 차륜의 회전량을 측정하여 거리와 속도를 측정하며, 열차가 가감속시의 공전과 활주, 차륜 마모에 따라 이동거리의 오차가 발생하여 열차의 위치 검지 정확도가 떨어진다. 또한 이러한 방식은 방향에 대한 정보가 없거나 부족하여 정확한 열차위치를 검지해 낼 수 없는 단점이 있다.
따라서 열차의 충돌이나 추돌을 방지하기 위해 선로를 일정 구간으로 나누어, 그 구간에는 한 대의 열차만 진입할 수 있도록 하는 폐색방식을 주로 사용하며, 상기 구간을 폐색구간이라 하고, 이 폐색구간의 열차 유무는 궤도회로를 통해 검지한다. 즉, 궤도회로 방식은 폐색 구간의 한쪽 끝에는 송신기를, 다른 한쪽 끝에는 수신기를 설치하여, 송신기에서 선로에 전류 형태의 열차검지 신호를 흘려보내면 수신기가 이를 수신하여 열차의 위치를 검지하는 방식이다. 따라서 폐색구간 내에 열차가 존재하면 열차의 차축을 포함하여 루프(Loop)가 형성되어 전기적으로 절연이 발생하며, 수신기 쪽에서 열차 검지 신호의 레벨 변화를 검지하여 폐색 구간의 열차 유무를 검지할 수 있다.
그러나 이러한 궤도회로 방식에서는 선로의 폐색구간 내에 한대의 열차만 진입하여야하기 때문에 하나의 열차가 폐색구간을 완전히 빠져나가기 전에는 후방의 열차가 진입할 수 없다. 따라서 운행 가용성 및 선로 용량 증가에 제한이 발생하는 문제점이 있다. 또한 정확한 열차의 위치를 파악하는 것이 불가능하기 때문에 열차의 위치 정밀도를 높이기 위해서는 폐색구간의 길이를 짧게 하여야 한다. 따라서 폐색구간의 수 및 궤도회로의 수가 증가할 수밖에 없어 설치비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
아울러 트랜스폰더 및 이동거리 계산을 이용하여 위치를 측정하는 방식은, 먼저 열차의 바퀴에 설치된 타코미터의 회전을 통해 열차의 이동거리를 계산한다. 다음으로 열차가 선로를 따라 주행하면 선로에 설치된 RFID 태그 위를 지날 때 열차는 상기 RFID 태그를 검지한 시점에 이동거리를 초기화한다.
각각의 RFID 태그는 고유의 식별 번호 및 설치 위치(절대 좌표)를 저장하고 있어, 열차는 RFID 태그를 기준으로 이동거리를 계산하여 위치 검지부에서 RFID 태그의 식별번호와 이동거리를 전송한다. 위치 검지부는 RFID 태그의 식별번호와 트랜스폰더를 기준으로 이동한 거리를 종합하여 열차의 위치를 파악한다.
그러나 이 방식은 절대적으로 열차에서 수집된 정보를 신뢰해야 하며, 타코미터나 트랜스폰더의 고장이나 오작동시에는 열차의 정확한 위치를 검지할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 한 선행기술로는 먼저, 한국공개특허 제2010-0083060호(2010.07.21)는 RFID를 이용한 모노레일 차량 운행 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 모노레일 주행로를 따라 주행로에 대한 정보 등의 고정정보가 저장된 RFID 태그를 설치하고, 모노레일 차량이 주행 중에 모노레일 차량에 설치된 RFID 리더에서 상기 주행로에 설치된 RFID 태그로부터 주행로의 경사, 굴곡, 지반 상태 등의 주행로 정보를 수신하여 모노레일 차량의 운행을 제어하는 데 관한 기술이 기재되어 있다.
또한, 한국등록특허 제1325378호(2013.10.29)는 열차위치 오차보정 장치에 관한 것으로, 타코미터를 기반으로 한 열차의 이동거리와 트랜스폰더를 기반으로 한 열차의 이동거리로부터 타코미터의 오차율을 계산하여 열차의 위치를 보정하는 데 관한 기술이 기재되어 있다.
또한, 한국공개특허 제2010-0083043호(2010.07.21)는 RFID를 이용한 열차 정보 전송 시스템 및 방법에 관한 것으로, 선로를 따라 설치되는 다수 개의 RFID 태그를 포함하여 이루어져, 열차시스템의 RFID 리더와 비접촉 통신을 수행하여 정보를 교환하는 데 관한 기술이 기재되어 있다.
상기 선행기술들은 모두 선로 상에 RFID 태그를 설치하고, 열차 운행 중에 열차 상의 RFID 리더에서 상기 RFID 태그로부터 정보를 수집하는 것에 관한 기술로서 본 발명과 일부 기술분야에 대해서는 유사점이 있으나, 본 발명과 같이 트랜스폰더를 이용하여 열차의 위치를 검지하고, 여기에 더하여 선로변에 무선AP를 설치하여 상기 트랜스폰더가 위치를 인식하지 못하는 구간에서도 정확한 열차의 위치검지가 가능하고, 또한 열차 이용자의 무선 인터넷 환경을 지원하는 효과를 얻고자 하는 기술적 특징에 대해서는 기재하거나 시사하고 있지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 열차의 위치를 정밀하게 추적하면서도 RFID 태그의 설치 간격을 좁게 함으로써 설치비용이 증가하는 것을 방지하기 위해서, 무선AP를 이용하여 효율적으로 고정밀 열차위치검지시스템을 구축하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 열차내에 설치된 단말기가 선로변에 설치된 복수의 무선AP와의 통신으로 각 무선AP로부터 전달되는 무선신호의 전계강도를 구하고, 상기 전계강도로부터 열차의 정확한 위치를 구함으로써, 고정밀 열차위치검지시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 무선AP의 설치 간격을 조절하여 열차의 위치 검지에 대한 정밀도와 설치 비용간의 효과적인 트레이드오프(trade-off)가 가능하도록 하고, 선로변에 무선AP를 설치하여 열차 이용자의 무선 인터넷 환경을 지원하는 효과를 얻고자 하는 고정밀 열차위치검지시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지시스템은, 적어도 2개 이상의 무선AP로부터 무선신호를 수신하여, 상기 무선AP의 위치정보와 무선신호의 전계강도를 측정하는 AP 리더기; 상기 AP 리더기에서 추출한 무선AP에 대한 무선신호의 전계강도로부터 상기 AP 리더기와 각 무선AP 사이의 거리를 추정하고, 상기 AP 리더기에서 추출한 각 무선AP의 위치정보를 통해서 열차의 위치를 검지하는 위치 검지부; 및 상기 검지된 열차의 위치정보를 유무선 네트워크를 통해서 전송하기 위한 네트워크 인터페이스부;를 포함하며, 상기 적어도 2개 혹은 그 이상의 무선AP의 위치정보 및 이전에 검지한 위치정보와 상기 이전에 검지한 위치로부터 이동한 거리정보를 이용하여 열차의 위치를 검지하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정밀 열차위치검지시스템은, RFID 태그로부터 위치정보를 수신하는 RFID 리더기;를 더 포함하며, 상기 이전에 검지된 위치정보는 상기 RFID 태그로부터 수신한 위치정보인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정밀 열차위치검지시스템은, 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 고정밀 열차위치검지시스템 혹은 네트워크로부터의 명령에 의해 RFID 리더기, AP 리더기 또는 RFID 태그에 대한 설정을 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이전에 검지된 위치정보는, 복수의 무선AP를 이용하여 추정한 위치정보인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 열차의 위치를 검지하는 것은, 열차의 진행방향에서 복수의 무선AP로부터 추정되는 후보 지점 중에서 가장 가까운 지점을 열차의 위치로 추정함으로써, 열차의 위치를 검지하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지방법은, AP 리더기로 적어도 2개 이상의 무선AP로부터 무선신호를 수신하는 단계; 상기 AP 리더기로 상기 수신한 무선신호로부터 상기 무선AP의 위치정보와 무선신호의 전계강도를 측정하는 단계; 상기 AP 리더기에서 추출한 무선AP에 대한 무선신호의 전계강도로부터 상기 AP 리더기와 각 무선AP 사이의 거리를 추정하는 단계; 상기 AP 리더기에서 추출한 각 무선AP의 위치정보를 통해서 열차의 위치를 검지하는 단계; 및 유무선 네트워크를 통해서 상기 검지된 열차의 위치정보를 전송하는 단계;를 포함하며, 상기 적어도 2개 혹은 그 이상의 무선AP의 위치정보 및 이전에 검지한 위치정보와 상기 이전에 검지한 위치로부터 이동한 거리정보를 이용하여 열차의 위치를 검지하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정밀 열차위치검지방법은, RFID 리더기로 RFID 태그로부터 위치정보를 수신하는 단계;를 더 포함하며, 상기 이전에 검지된 위치정보는 상기 RFID 태그로부터 수신한 위치정보인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정밀 열차위치검지방법은, 제어부를 통해서, 자체 혹은 네트워크로부터의 명령에 의해 RFID 리더기, AP 리더기 또는 RFID 태그에 대한 설정을 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이전에 검지된 위치정보는, 복수의 무선AP를 이용하여 추정한 위치정보인 것을 특징으로 하며, 상기 열차의 위치를 검지하는 것은, 열차의 진행방향에서 복수의 무선AP로부터 추정되는 후보 지점 중에서 가장 가까운 지점을 열차의 위치로 추정함으로써, 열차의 위치를 검지하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명은 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 무선신호의 도달거리가 긴 개활지에서는 주로 무선AP를 설치하여 정밀한 열차위치를 검지할 수 있고, 폐쇄되어 있거나 커브가 심한 구역에서는 RFID 태그를 활용하여 전체적인 열차위치검지에 대한 정밀도를 향상시켜 효율적인 운영이 가능하면서도 열차위치검지를 위한 설비의 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 열차내에 설치된 단말기가 선로변에 설치된 복수(3개 이상)의 무선AP와의 통신으로 각 무선AP로부터 전달되는 무선신호의 전계강도를 구하고, 상기 전계강도로부터 열차의 정확한 위치를 구함으로써, 무선AP의 설치 간격을 조절하여 열차의 위치 검지에 대한 정밀도와 설치 비용간의 효과적인 트레이드오프가 가능하도록 하고, 선로변에 무선AP를 설치하여 열차 이용자의 무선 인터넷 환경을 지원하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템에서 열차위치검지를 위한 RFID 태그와 무선AP의 설치 및 그에 따른 열차위치검지의 정확도에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템의 RFID 태그, 무선AP 또는 이들의 조합을 통한 열차의 위치검지방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템의 RFID 태그에 의한 열차위치검지 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템의 무선AP에 의한 열차위치검지 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지시스템에서 RFID 태그, 무선AP 또는 이들의 조합을 통한 열차의 위치검지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템에서 열차위치검지를 위한 RFID 태그와 무선AP의 설치 및 그에 따른 열차위치검지의 정확도에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 철로에 설치되어 있는 RFID 태그로부터 열차에 설치된 RFID 리더기가 무선 신호를 수신하여 해당 열차의 위치정보를 인식함으로써 열차의 위치를 검지하였다. 이러한 RFID 태그를 촘촘하게 설치하면 열차의 위치를 검지하는 정확도가 증가하나, 이로 인해 RFID 리더기의 전력소모가 증가하게 되고, 아울러 열차위치검지를 위한 설비의 설치비용을 증가시키게 되는 문제가 있다.
따라서 본 발명에서는 무선AP를 추가로 설치하여 열차위치의 검지를 더욱 정밀하게 수행하고, 전체적인 설비의 설치비용도 절감하고자 한다. 즉, 무선신호의 도달거리가 긴 개활지에서는 주로 무선AP를 설치하여 정밀한 열차위치를 검지하도록 하고, 폐쇄되어 있거나 커브가 심한 구간에서는 RFID 태그를 좀 더 적극적으로 활용하여 전체적인 열차위치검지에 대한 정밀도를 향상시켜 고정밀 열차위치검지의 효과를 얻을 수 있으면서도 열차위치검지를 위한 설비의 설치비용을 획기적으로 줄이고자 한다.
특히, 라인오브사이트가 확보되는 구간에서는, 무선AP의 무선신호가 약300m정도까지 도달하는 점을 감안하면, 무선AP에 의한 위치추정으로 인해서 RFID 태그의 수를 획기적으로 줄일 수 있다는 계산이 가능하다. 와이파이(WiFi) AP(Access Point)는 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power)를 가지는 신호의 세기로 RF 에너지를 방사함으로써 IEEE 802.11 데이터 프레임을 전송하는데, 이 출력 파워는 케이블과 커넥터에 의해 감쇠될 수 있으며, 앰프나 이득이 큰 안테나에 의해 증폭될 수도 있다. RF 에너지가 송신기의 안테나로부터 방사될 때, 파면은 전파가 진행하는 방향에 있는 공기와 장애물을 통해 나아가며, 자유 공간 경로 손실은 에너지가 공기 중으로 산란될 때 손실되는 파워를 나타내며 주파수와 거리의 함수로 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 수신기가 멀리 있으면 있을수록 파워 손실은 커지며 그로 인해 수신 신호 세기(Received Signal Strength, RSS)는 낮아지게 된다. 따라서 자유 공간 경로 손실은 매우 예측 가능하며 쉽게 계산할 수 있다. 이렇게 복수의 무선AP로부터 수신되는 RSS를 측정하여 각 무선AP와 위치 검지부 사이의 거리를 계산할 수 있고, 이로부터 열차의 위치를 검지할 수 있게 된다.
예를 들어, 무선AP 리더기가 열차에 설치되어 있고, 그 주위에 무선AP가 적어도 3개 이상 설치되어 있을 경우, 삼각측량법을 이용하면 해당 열차의 위치를 추정할 수 있다. 여기서 삼각측량법이란 열차의 위치를 삼각형의 성질을 이용하여 알아내는 것으로, 열차의 위치와 두 개의 무선AP에 대한 기준점이 주어졌으면, 열차의 위치와 두 기준점이 이루는 삼각형에서 밑변과 다른 두 변이 이루는 각을 각각 측정하고, 그 변의 길이를 측정한 뒤, 사인 법칙 등을 이용하여 일련의 계산을 수행함으로써, 열차의 위치에 대한 좌표와 거리를 알아낼 수 있는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열차의 위치정보는 간헐적으로 설치된 RFID 태그만으로 열차의 위치를 검지할 경우, (a)에 나타난 바와 같이 RFID 태그가 설치된 위치를 벗어날 경우, 열차의 위치를 추정하는데 오차가 많이 생기게 된다. 실제 RFID만 설치된 경우, A위치에서 정확한 위치를 검지하였다가 이 후 위치정보를 파악하지 못하다가, C위치에 도달하여야만 다시 정확한 위치를 검지하게 된다. 이는 도 1의 (a)와 같이 RFID가 태그가 조밀하게 설치되어 있지 않은 경우에는, 열차위치를 검지한 다음 바로 RFID 태그 신호를 상실하게 되므로, 별도의 방식으로 열차가 이동한 거리를 측정하여, 대략적인 위치를 추정하게 된다((a)의 점선 참조). 이 경우에는 열차위치를 추정한 정확도가 현저히 감소하거나 또는 불가능할 수도 있다.
반면에 (b)에 도시된 바와 같이 복수의 무선AP가 상기 RFID 태그가 설치된 사이에 설치되어 있으면(겹쳐서 설치되어도 무방함), 무선AP를 이용하여 해당 열차의 위치를 정확하게 검지할 수 있게 된다. 또한 무선AP의 도달거리가 길기 때문에 상당히 넓은 지역에 걸쳐서 정밀한 위치를 추정할 수 있게 된다.
무선AP의 설치 간격은 개활지인 경우, 반경 200 내지 300m 범위에서 수신되는 무선AP 신호가 적어도 3개이면 되므로, 이를 만족하는 간격으로 무선AP를 설치하면 된다. 이는 전 구간에 걸쳐 RFID 태그를 설치하는 것에 비해서 비용이나 열차위치의 추정에 대한 정확도 면에서 훨씬 유리한 것이다.
이하에서는 RFID와 무선AP를 동시에 사용하여 열차위치를 검지하는 시스템에 대해서 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템(100)은 RFID 리더기(110), AP 리더기(120), 위치 검지부(130), 제어부(140) 및 네트워크 인터페이스부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 RFID 리더기(110)는 RFID 태그의 정보를 수신 및 판독한 다음 그 결과를 유무선 네트워크를 통해서 열차운행관리시스템으로 전송하게 된다. RFID 리더기(110)는 RFID 태그로부터 정보를 수신하여 증폭한 다음 ID를 판독하고, 그 결과를 위치검지부(130)로 출력하게 된다. 여기서 선로에 설치된 RFID 태그와 열차에 설치된 RFID 리더기를 통칭하여 RFID 트랜스폰더(transponder)라고 한다. RFID 태그(200)는 또한 통합된 안테나를 갖춘 IC 칩으로 구현될 수 있으며, 메모리, 전원부 및 데이터 송수신부로 구성된다. RFID 태그의 형식으로는 읽기전용 타입, 웜(worm) 타입 그리고 읽기쓰기 타입으로 구분된다. 읽기전용 타입은 RFID 칩의 제조 시에 태그 데이터를 메모리에 기록하여 생산하고 그 다음부터는 읽을 수만 있는 형태이다. 또한 웜 타입은 제조 후에 한번만 쓸 수 있고, 그 다음부터는 읽기 전용으로만 사용할 수 있는 타입이다. 그리고 읽기쓰기 겸용 타입은 데이터를 여러 번 읽고 쓸 수 있는 타입이다.
또한 액티브(active) 타입과 패시브(passive) 타입이 있는데, 액티브 타입은 태그에서 자체 RF 신호를 송신할 수 있는 것으로, 배터리에서 전원을 공급하고 장거리 전송이 가능하며 가격이 비싼 단점이 있다. 반면에 패시브 타입은 RFID 리더기의 신호를 변형하여 반사하고 RFID 리더기의 전파신호로 전원을 공급받는 구조이다. 배터리가 없으므로 가격이 저렴하나, 중거리 전송으로 그 용도가 제한된다.
따라서 설비를 하고 이를 이용하고자 하는 목적에 따라 액티브 혹은 패시브 타입의 RFID 트랜스폰더를 선택적 혹은 겸용으로 설치하여 열차위치검지 시스템을 구성할 수 있다.
또한 AP 리더기(120)는 무선AP에서 송신하는 무선신호를 수신하여 RSS를 측정하여 무선AP와 리더기 사이의 거리를 측정하는 역할을 한다. 무선AP는 비콘신호를 송신할 수도 있으며, IEEE 802.11 와이파이 프레임을 전송하는 것도 가능하다. 이러한 무선 신호에 대해서 RSS를 측정하여 무선AP와 AP 리더기 사이의 거리를 추정할 수 있다. 여기서 무선AP를 비콘 신호만 송신하도록 간략화하여 구성할 수도 있으며, 이 경우에는 AP 리더기는 무선AP의 비콘 신호로부터 무선AP의 위치정보와 해당 무선AP로부터의 RSS 신호세기를 측정하여 위치 검지부(130)로 출력하게 된다.
위치 검지부(130)는 RFID 리더기와 AP 리더기(120)로부터 추출한 RFID 태그와 무선AP의 좌표정보, 무선AP로부터의 RSS 신호세기 정보 등을 토대로 열차의 위치에 대한 정보를 도출하는 역할을 한다. 예컨대 RFID 리더기로부터 인식된 RFID에 대한 위치정보, 복수의 무선AP로부터 추출한 무선AP의 좌표정보와 각 무선AP와 AP 리더기 사이의 RSS 신호세기 정보를 토대로 한 거리 정보를 바탕으로 하여, 열차의 위치정보를 계산하는 역할을 한다. 이때 RFID 태그로부터는 직접적으로 열차의 위치를 추출할 수 있지만, 복수의 무선AP에 대한 위치정보와 무선AP와 AP 리더기 사이의 RSS 신호세기로부터 추출된 거리정보를 이용하여, 삼각형 위치추정 방법에 따라 열차의 위치를 추정할 수 있다. 더욱 많은 무선AP가 존재한다면 더욱 세밀한 위치의 추정이 가능하다.
또한 이렇게 추출된 위치 정보는 다시 제어부(140)를 거쳐 네트워크 인터페이스부(150)을 통해서 유무선 네트워크를 경유하여 열차운행관리시스템(400)으로 전송된다. 여기서 네트워크 인터페이스부(150)는 위치 감지부(130)에서 생성된 위치정보를 열차운행관리시스템(400)으로 전송하게 되며, 이렇게 하여 열차운행관리시스템(400)은 전체적인 철도망에서 수집된 각 열차의 위치를 파악하게 된다.
또한 본 발명에서는 상기 무선AP와 RFID 태그의 설정치를 변경하거나 업데이트할 수 있는 것을 고려하기로 한다. 즉, 열차위치검지시스템(100)은 자체의 제어부(140)를 통해서, 열차운행관리시스템(400)은 유무선 네트워크를 통해서 각각의 RFID 태그나 무선AP의 설정사항을 관리 및 제어할 수 있다.
여기서 열차운행관리시스템(400)은 각 열차로부터 수신된 위치정보를 데이터베이스에 저장할 수 있으며, 필요에 따라 열차의 위치정보를 가공하여 새로운 열차운행정보에 대한 분석을 수행하고, 분석 결과에 따라 열차의 운행시간을 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템의 RFID 태그, 무선AP 또는 이들의 조합을 통한 열차의 위치 검지 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 열차의 위치가 이전의 특정 위치(예: A(x3, y3))에서 검지되고, 그런 다음에 일정한 거리만큼 열차가 이동하였다고 가정한다. 일단 이전의 특정 위치에 대한 열차위치는 정확한 위치로 RFID 태그, 복수의 무선AP, 또는 이들의 조합을 통해서 검지되었다. 이렇게 검지된 위치는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차위치검지시스템의 메모리에 저장된다. 다음으로 계속하여 열차가 진행하다가 적어도 2개 이상의 무선AP를 만나게 되면, 2개의 무선AP만으로는 열차의 위치를 추정할 수 없으나, 본 발명에서는 이전에 검지한 지점의 위치정보와 이동거리 및 열차의 진행방향을 참조하여 새로운 열차의 위치를 추정할 수 있다. 두 개의 무선AP의 위치정보는 각각 추정할 수 있으며, 예를 들어, 각 무선AP의 위치와 열차사이의 거리(d1, d2)를 반경으로 하는 원을 각각 그리고 이전에 검지한 위치에서 진행해온 거리(d3) 정보를 반경으로 하여 또 하나의 원을 그린 다음 교차점을 추출하면 바로 현재 열차의 위치가 도출되게 된다.
그러나 열차가 운행할 때 곡선철로로 운행할 수도 있고, 직선철로로 운행할 수도 있을 것이다. 곡선철로를 운행하는 경우, 타코미터로 운행거리를 계측할 경우 직선거리보다 짧은 거리를 운행한 것으로 나타날 것이다. 또한 철로의 높낮이가 있는 경우도 마찬가지다. 이때 두 개의 무선AP에 대해서 그린 두 개의 원과 이전에 검지한 위치에서 이동한 거리를 고려한 또 하나의 원이 서로 교차하지 않는 것으로 나타날 수 있다. 이런 경우를 고려하여 열차가 진행하는 방향에서 이전에 두 개의 무선AP에 의한 교차점이 있을 것이므로, 이들 중 열차의 진행방향에서 가까운 점을 현재 열차의 위치로 추정할 수 있게 되는 것이다.
이러한 방법은 단지 두 개의 무선AP만으로도 새로운 열차의 위치를 검지할 수 있도록 해 주며, 열차가 운행할 때 이전에 검지한 위치정보를 단순히 특정 거리만큼 이동한 것을 측정하였다가, 비록 무선AP의 개수가 두 개라도 원하는 열차의 위치를 정확하게 추정할 수 있게 된다.
따라서 본 발명에 따르면, 일단 열차의 위치를 추정하여 위치정보를 확보한 다음에는 열차의 진행방향에서 먼저 도래하는 최소한 두 개의 무선AP만 만나면 새로운 열차의 위치를 추정할 수 있으므로, 대단히 효율적으로 열차위치검지시스템을 운영할 수 있다. 물론 RFID 태그만 일을 때와 3개 이상의 무선AP가 있을 때도 현재의 열차위치를 정확하게 추정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 수신신호의 전계강도를 거리정보로 변환하는 것은 Friis 공식에 따라 얻을 수 있으며, 삼각측량법에 따라 각 무선AP의 좌표를 구할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템에서 RFID를 이용한 열차위치검지 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고정밀 열차위치검지시스템(100)은 먼저 RFID 리더기(110)를 통해서 RFID 태그 신호를 수신한다(S110). 이어서 수신한 RFID 태그 신호로부터 RFID 태그를 인식한 경우(S120), 인식된 RFID 태그로 열차위치검지를 수행한다(S130). RFID 태그를 인식하지 못한 경우, RFID 태그를 인식할 때까지 계속하여 RFID 리더기(110)에서 RFID 태그 신호를 수신하게 된다. 이러한 과정을 통해서 본 발명의 열차위치검지시스템은 열차의 위치를 검지하는 동작을 수행하게 된다. 마지막으로 열차위치검지가 수행된 결과는 유무선 네트워크를 통해서 열차운행관리시스템(400)으로 전송된다(S140).
본 발명에서는 RFID 태그를 이용하여 열차위치를 검지하는 것과 동시에 무선AP를 이용하여 열차의 위치를 더욱 정밀하게 검지할 수 있도록 하는 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지 시스템에서 무선AP를 이용한 열차위치검지 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정밀 열차위치검지시스템(100)은 먼저 AP 리더기(120)를 통해서 무선AP의 신호를 수신한다(S210). 이때 무선AP 신호는 IEEE 802.11 데이터 프레임이 될 수도 있으며, 비콘신호가 될 수도 있다. 이렇게 수신한 무선AP의 신호의 개수가 3개 이상이면(S220), 열차위치검지 동작을 수행하고 아니면 계속하여 무선AP의 개수가 3개 이상일 때까지 무선AP 신호를 계속하여 수신한다.
일단 무선AP 신호의 개수가 3개를 초과할때부터는 각각의 무선AP에 대한 신호로부터 각 무선AP의 위치정보를 검출한다(S230). 이때 상기 무선AP의 무선신호는 비콘신호도 포함하는 개념이다. 다음으로 각각의 무선AP로부터 무선신호의 세기(RSS)를 추출하고, 상기 각 무선AP의 위치정보와 결함하여 열차위치검지를 수행한다(S140). 이렇게 검출된 열차위치정보는 유무선 네트워크를 통해서 열차운행관리시스템(400)으로 전송된다(S240). 이러한 과정을 통해서 본 발명의 열차위치검지시스템은 열차의 위치를 검지하는 동작을 수행하게 된다.
이어서 본 발명의 열차위치검지시스템에서 RFID 태그, 무선AP 또는 이들의 조합을 통한 열차의 위치검지방법을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지시스템에서 RFID 태그, 무선AP 또는 이들의 조합을 통한 열차의 위치검지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저 본 발명의 열차위치검지시스템은 이전에 열차 위치정보를 검지한 상태이고 그로부터 이동거리는 적산하는 것으로 한다(S310). 이 후 열차가 운행하면서 무선 AP 리더기에서 새로운 무선 AP 신호를 수신하게 되며(S320), 무선AP의 개수가 2개 이상일 경우(S330) 새로운 열차위치를 추정하게 되고, 아니면 2개 이상의 새로운 무선AP가 감지될 때까지 계속하여 무선신호를 수신한다(S320).
또한 이후 2개 이상의 각 무선AP 신호(비콘 포함)로부터 각 무선AP의 위치정보를 검출한다(S340). 이어서 각 무선AP로부터의 무선신호의 세기(RSS)로부터 각 무선AP와의 거리정보 추출한다(S350).
이렇게 추출된 정보를 전부 모아서 현재 열차의 위치를 검지한다(S360). 즉, 이전에 추정한 열차위치, 이동거리 및 2개 이상의 각 무선AP의 위치정보, 거리정보를 결합하여 열차의 현재 위치를 검지한다.
이후 검지된 열차위치 추정 결과를 유무선네트워크로 전송한다(S370). 이러한 과정을 통해서 본 발명의 열차위치검지시스템은 열차의 위치를 검지하는 동작을 수행하게 된다.
또한 본 발명에서는 열차의 외부에 설치된 복수의 무선AP를 이용하여 열차의 승객에게 와이파이 서비스를 제공할 수 있는 부가적인 효과도 있다. 즉, 외부에 설치된 복수의 무선AP 중에서 일부는 승객에게 접근해 있을 가능성이 높고, 이러한 환경에 의해서 승객은 특정 시점에 특정 가까이 존재하는 무선AP를 통해서 네트워크 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
물론 이 경우에 특정 무선AP에서 다른 무선AP로 네트워크 접속이 순간적으로 변하게 되므로, 이러한 와이파이 접속을 유지 관리해주기 위해서는 이동간의 무선AP간 로밍을 지원하여야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 무선신호의 도달거리가 긴 개활지에서는 주로 무선AP를 설치하여 정밀한 열차위치를 검지할 수 있고, 폐쇄되어 있거나 커브가 심한 구역에서는 RFID 태그를 활용하여 전체적인 열차위치검지에 대한 정밀도를 향상시켜 효율적인 운영이 가능하면서도 열차위치검지를 위한 설비의 설치비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 열차내에 설치된 단말기가 선로변에 설치된 복수(3개 이상)의 무선AP와의 통신으로 각 무선AP로부터 전달되는 무선신호의 전계강도를 구하고, 상기 전계강도로부터 열차의 정확한 위치를 구함으로써, 무선AP의 설치 간격을 조절하여 열차의 위치 검지에 대한 정밀도와 설치 비용간의 효과적인 트레이드오프가 가능하도록 하고, 선로변에 무선AP를 설치하여 열차 이용자의 무선 인터넷 환경을 지원하는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100 : 열차위치검지시스템 110 : RFID 리더기
120 : AP 리더기 130 : 위치 검지부
140 : 제어부 150 : 네트워크 인터페이스부
200 : RFID 태그 300 : 무선AP
400 : 열차운행관리시스템

Claims (10)

  1. 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지시스템에 있어서,
    적어도 2개 이상의 무선AP로부터 무선신호를 수신하여, 상기 무선AP의 위치정보와 무선신호의 전계강도를 측정하는 AP 리더기;및
    상기 AP 리더기에서 추출한 무선AP에 대한 무선신호의 전계강도로부터 상기 AP 리더기와 각 무선AP 사이의 거리를 추정하고, 상기 AP 리더기에서 추출한 각 무선AP의 위치정보를 통해서 열차의 위치를 검지하는 위치 검지부;를 포함하며,
    상기 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지시스템은,
    RFID 태그와 RFID 리더기를 포함한 RFID 트랜스폰더 기반의 열차위치 검지에 추가로 무선AP와 AP 리더기를 구비하여 열차위치 검지의 정밀도를 향상시키는 것으로,
    적어도 2개 혹은 그 이상의 무선AP의 위치정보와
    상기 RFID 트랜스폰더를 기반으로 이전에 검지한 위치정보나 복수의 무선AP를 이용하여 추정한 이전에 검지한 위치정보에,
    상기 이전에 검지한 위치로부터 이동한 거리정보를 이용하여 RFID 트랜스폰더 기반의 열차위치 검지에 추가로 열차위치 검지의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정밀 열차위치검지시스템은,
    제어부;를 더 포함하며,
    상기 제어부를 통해서 고정밀 열차위치검지시스템 자체 혹은 네트워크로부터의 명령에 의해 RFID 태그, RFID 리더기, AP 리더기, 무선AP 또는 이들의 조합에 대한 설정의 변경이 이루어지는 것을 제어되는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정밀 열차위치검지시스템은,
    상기 검지된 열차의 위치정보를 유무선 네트워크를 통해서 전송하기 위한 네트워크 인터페이스부;를 더 포함하며,
    상기 검지한 열차의 위치정보를 상기 네트워크 인터페이스부를 통해서 유무선 네트워크를 경유하여 열차운행관리시스템으로 전송하며,
    상기 네트워크 인터페이스부를 통해서 원격에서 상기 무선AP와 RFID 태그의 설정치를 변경하거나 업데이트할 수 있는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열차의 위치를 검지하는 것은,
    열차의 진행방향에서 복수의 무선AP로부터 추정되는 후보 지점 중에서 가장 가까운 지점을 열차의 위치로 추정함으로써, 열차의 위치를 검지하는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지시스템.
  6. 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지방법에 있어서,
    AP 리더기로 적어도 2개 이상의 무선AP로부터 무선신호를 수신하는 단계;
    상기 AP 리더기로 상기 수신한 무선신호로부터 상기 무선AP의 위치정보와 무선신호의 전계강도를 측정하는 단계;
    상기 AP 리더기에서 추출한 무선AP에 대한 무선신호의 전계강도로부터 상기 AP 리더기와 각 무선AP 사이의 거리를 추정하는 단계; 및
    상기 AP 리더기에서 추출한 각 무선AP의 위치정보를 통해서 열차의 위치를 검지하는 단계;를 포함하며,
    상기 무선AP를 이용한 고정밀 열차위치검지방법은,
    RFID 태그와 RFID 리더기를 포함한 RFID 트랜스폰더 기반의 열차위치 검지에 추가로 무선AP와 AP 리더기를 구비하여 열차위치 검지의 정밀도를 향상시키는 것으로,
    적어도 2개 혹은 그 이상의 무선AP의 위치정보와
    상기 RFID 트랜스폰더를 기반으로 이전에 검지한 위치정보나 복수의 무선AP를 이용하여 추정한 이전에 검지한 위치정보에,
    상기 이전에 검지한 위치로부터 이동한 거리정보를 이용하여 RFID 트랜스폰더 기반의 열차위치 검지에 추가로 열차위치 검지의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정밀 열차위치검지방법은,
    제어부를 통해서 열차위치검지시스템 자체 혹은 네트워크로부터의 명령에 의해 RFID 태그, RFID 리더기, AP 리더기, 무선AP 또는 이들의 조합에 대한 설정의 변경이 이루어지는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정밀 열차위치검지방법은,
    유무선 네트워크를 통해서 상기 검지된 열차의 위치정보를 전송하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 검지한 열차의 위치정보를 네트워크 인터페이스부를 통해서 유무선 네트워크를 경유하여 열차운행관리시스템으로 전송하며,
    상기 네트워크 인터페이스부를 통해서 원격에서 상기 무선AP와 RFID 태그의 설정치를 변경하거나 업데이트할 수 있는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 열차의 위치를 검지하는 것은,
    열차의 진행방향에서 복수의 무선AP로부터 추정되는 후보 지점 중에서 가장 가까운 지점을 열차의 위치로 추정함으로써, 열차의 위치를 검지하는 것을 특징으로 하는 고정밀 열차위치검지방법.
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