KR101918918B1 - 철도 차량의 선로 검출 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법 - Google Patents

철도 차량의 선로 검출 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법 Download PDF

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Abstract

선로 주변의 장애물과 철도 차량의 충돌을 회피하는 시스템에 이용될 수 있는 철도 차량의 선로 검출 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법이 개시된다. 개시된 철도 차량의 선로 검출 방법은 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하는 단계; 및 상기 선로의 광학 특성을 이용하여, 상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계를 포함한다.

Description

철도 차량의 선로 검출 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법{METHOD FOR DETECTING RAIL OF TRAIN AND ASSESSING COLLISION RISK USING THE SAME}
본 발명은 철도 차량의 선로 검출 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법에 관한 것으로서, 선로 주변의 장애물과 철도 차량의 충돌을 회피하는 시스템에 이용될 수 있는 철도 차량의 선로 검출 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법에 관한 것이다.
철도는 지상의 운송수단 중 가장 많은 승객과 화물을 수송하는 운송수단으로서, 정해진 궤도를 정시 운행하는데 따른 정시성으로 인해 많은 나라에서 가장 효율적인 운송수단으로 활용되고 있다. 그런데 철도 시설물 안전 이상 발생에 따른 철도 사고 발생은 곧바로 대형 참사로 이어질 수 있다.
이와 같은 이유로 인해, 종래에는 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 모니터링하기 위하여 선로의 레일 손상, 레일 들림, 도상 자갈의 밀림 현상, 레일의 신축 유간(joint gap), 분기기의 상태 등을 점검하기 위한 장비들 및 궤도를 지지하는 지반이나 교량, 터널 등의 철도 구조물을 관측하기 위한 장비들을 탑재한 조사차량을 철도 현장에서 직접 운행하며 철도 시설물 안전 이상 발생 여부나 선로 주변의 장애물 등을 모니터링하고 있다.
그러나 철도의 시설물들은 방대한 지역에 걸쳐 시설되어 있기 때문에, 종래의 철도 시설물 안전 모니터링 방식을 이용한 철도 시설물 관리시에는 관리자가 방대한 지역에 걸쳐 시설된 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부나 장애물 유무 등을 실시간으로 확인할 수 없으며, 또한 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 확인하는 시점이 늦어지게 되므로, 철도 사고를 사전에 예방할 수 없다.
이에 최근에는 철도 차량의 선로를 검출하고, 검출된 선로 기반으로 철도 사고를 방지하기 위한 연구가 진행되고 있다.
관련된 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제2015-0126744호가 있다.
본 발명은 선로 주변의 장애물과 철도 차량의 충돌 위험을 판단하고 충돌을 회피하는 시스템에 이용될 수 있는 철도 차량의 선로 검출 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 철도 차량의 선로와 차선이 혼재된 상황에서 정확하게 선로를 검출할 수 있는 방법 및 이를 이용하는 충돌 위험도 판단 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하는 단계; 및 상기 선로의 광학 특성을 이용하여, 상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계를 포함하는 철도 차량의 선로 검출 방법이 제공된다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하는 카메라; 상기 선로의 광학 특성 정보를 저장하는 메모리; 및 상기 광학 특성 정보를 이용하여, 상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 영상 처리부를 포함하는 철도 차량의 선로 검출 장치가 제공된다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하는 단계; 상기 선로의 광학 특성을 이용하여, 상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계; 및 상기 전방 영상에서 상기 선로 주변의 장애물을 검출하고, 상기 장애물과 철도 차량의 충돌 위험도를 판단하는 단계를 포함하는 철도 차량의 충돌 위험도 판단 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 철도 차량의 선로의 광학 특성을 이용함으로써, 정확하고 빠르게 철도 차량의 선로를 검출할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 선로와 차선이 혼재된 환경에서, 차선을 제거하고 선로를 검출함으로써, 정확한 선로 검출 성능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 안전 운행 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 선로 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 선로의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 차량의 선로 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 선로 검출 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 발명은 철도 차량의 선로를 검출하기 위한 방법을 제안하며 두가지 실시예의 선로 검출 방법을 제안한다.
본 발명의 일실시예에 따른 선로 검출 방법은 선로의 광학적 특성을 이용하는 것이다. 선로는 법규에 따라서 일정한 규격에 따라 제조되며 따라서 형태가 일정하다. 또한 선로는 금속으로 만들어지며, 자갈이나 시멘트 등과 함께 설치되기 때문에, 빛을 반사시켜 주변보다 명도가 높거나 또는 선로의 부식(녹)에 의해 주변보다 명도가 낮은 광학적 특성을 나타낸다. 따라서 선로의 광학적 특성을 이용하여 선로를 검출할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 선로 검출 방법은 선로와 차선이 혼재된 환경에서 선로 검출 성능을 높이기 위한 것으로서, 차선 검출 결과를 이용하여 선로를 검출한다. 본 발명에 따르면, 차선 검출을 통해 전방 영상에서 차선의 위치를 확인할 수 있으므로, 선로 검출 과정에서 선로와 함께 차선이 검출되더라도 용이하게 차선을 제거할 수 있으며, 결국 선로의 검출 성능이 향상될 수 있다.
본 발명은, 열차, 지하철, 그리고 지상 도로를 주행하는 트램 등 미리 설치된 선로를 주행하는 철도 차량에 모두 적용될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 안전 운행 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 안전 운행 시스템은 선로 검출 장치(110) 및 충돌 판단 장치(120)를 포함한다. 그리고 선로 검출 장치(110)는 카메라(111), 메모리(113) 및 영상 처리부(115)를 포함한다.
카메라(111)는 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득한다. 그리고 영상 처리부(115)는 메모리(113)에 저장된 선로의 광학 특성 정보를 이용하여, 전방 영상으로부터 선로를 검출한다.
보다 구체적으로 영상 처리부(115)는 선로의 광학 특성을 반영하는 필터를 이용하여 전방 영상에서 선로를 검출할 수 있다. 그리고 차선과 선로가 혼재된 환경에서 선로의 검출 성능을 향상시키기 위해, 전방 영상에서 차선을 검출하고, 차선 검출 결과를 이용하여 선로를 검출할 수 있다.
충돌 판단 장치(120)는 전방 영상에서 검출된 선로 주변의 장애물을 검출하고, 장애물과 철도 차량의 충돌 위험도를 판단한다. 장애물은 보행자 또는 차량 등일 수 있으며, 충돌 판단 장치(120)는 전방 영상의 선로 주변에서 움직이는 물체를 장애물로 검출하거나 보행자 또는 차량의 형상을 통해 장애물을 검출할 수 있다.
이 때, 충돌 판단 장치(120)는 일실시예로서, 장애물과 선로 사이의 거리에 따라서, 충돌 위험도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 충돌 판단 장치(120)는 장애물이 선로에 가까울수록 충돌 위험도가 높다고 판단할 수 있으며, 장애물과 선로의 거리가 멀수록 충돌 위험도가 낮다고 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 안전 운행 시스템은 충돌 위험도에 따라 경보를 출력하거나 철도 차량의 속도를 줄이는 등의 제어를 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 선로 검출 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 선로의 광학 특성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 선로 검출 방법은 철도 차량에 탑재된 컴퓨팅 장치에서 수행되거나 또는 별도로 탑재되는 전술된 선로 검출 장치에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 철도 차량은 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득(S210)하고, 선로의 광학 특성을 이용하여, 전방 영상으로부터 선로를 검출(S220)한다.
철도 차량은 도 3(a)와 같은 전방 영상을 획득할 수 있는데, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 빨간색 화살표 사이에 위치한 선로의 색은 어두운 색으로서, 선로의 명도(intensity)는 주변보다 낮은, 즉 선로의 주변 영역보다 어두운 광학적 특성을 나타내며, 선로 영역에서의 명도는 일정한 값을 나타낸다.
이러한 광학적 특성을 그래프로 표현하면 도 3(b)와 같다. 그리고 선로 영역에서의 명도가 일정한 값을 나타내는 구간(330, 340), 즉 폭(width)은 선로의 폭에 대응된다. 다만, 철도 차량으로부터 멀리 떨어진 선로일수록 전방 영상에서 폭이 작아지기 때문에, 명도가 일정한 값을 나타내는 구간(330, 340) 역시 차이가 발생한다.
선로가 설치된 환경에 따라서, 선로의 명도가 주변 영역보다 높은 광학적 특성이 나타날 수 있으나, 이 경우에도 선로 영역에서의 명도는 일정한 값을 나타내며, 명도가 일정간 구간 역시 선로의 폭에 대응된다.
따라서, 본 발명에 따른 철도 차량은 전방 영상에서 기 설정된 검출 구간만큼 명도가 일정한 영역을 선로로 검출할 수 있으며, 보다 구체적으로 선로의 인접 영역의 명도보다 특정값 이상 또는 이하의 명도를 나타내며, 명도가 검출 구간만큼 일정한 값을 나타내는 영역을 선로로 검출할 수 있다.
다시 한번 도 3을 참조하여 설명하면, 선로의 광학적 특성은 도 3(b)와 같이 주변 영역보다 명도가 낮고, 검출 구간만큼 일정한 명도 값을 나타내므로, 본 발명에 따른 철도 차량은 선로의 광학 특성을 반영하는 필터를 이용하여 전방 영상에서 선로를 검출할 수 있다. 도 3(a)의 선로 영역에 포함된 픽셀의 명도는 도 3(b)의 명도 값에 대응된다.
기 설정된 검출 구간은 선로의 폭에 의해 결정될 수 있으며, 전방 영상에서 기 설정된 검출 구간만큼 명도가 동일한 픽셀이 선로 영역으로 검출될 수 있다. 그리고 선로의 폭은 일반적으로 차선의 폭보다 작기 때문에, 검출 구간은 차선의 폭보다 적은 폭으로 설정되는 것이 바람직하다.
이 때, 전술된 바와 같이, 전방 영상에서 차량으로부터 멀리 위치한 선로일수록 그 폭이 작기 때문에, 도 3(b)의 상단 도면 및 하단 도면과 같이, 검출 구간 역시 철도 차량으로부터 멀어질수록 작아지는 형태가 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 철도 차량은 전방 영상의 하단에서 선로를 검출할 때는 도 3(b)의 하단 도면과 같이 검출 구간(340)이 상대적으로 긴 필터를 이용하며, 전방 영상의 상단에서 선로를 검출할 때는 도 3(a)의 상단 도면과 같이 검출 구간(330)이 상대적으로 짧은 필터를 이용하여 선로를 검출할 수 있다.
다시 설명하면, 검출 구간은 철도 차량과 선로의 거리에 따라서, 최대 검출 구간 및 최소 검출 구간 사이의 범위를 가질 수 있으며, 본 발명에 따른 철도 차량은 철도 차량과 선로의 거리에 따라서, 최대 검출 구간과 최소 검출 구간 사이에서 일정한 명도 값을 나타내는 영역을 선로로 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 차량의 선로 검출 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 선로 검출 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 선로 검출 방법은 도 2의 방법과 같이, 철도 차량에 탑재된 컴퓨팅 장치에서 수행되거나 또는 별도로 탑재되는 전술된 선로 검출 장치에 의해 수행될 수 있다.
선로와 차선이 혼재된 환경, 예를 들어 트램이 주행하는 선로는 차선이 존재하는 도로에 위치하므로 선로와 차선이 혼재된 환경이며, 이러한 경우 차선에 의해 선로 검출 성능이 떨어질 수 있으므로 본 발명은 전방 영상에서 차선을 검출하고, 차선 검출 결과를 이용하여 선로를 검출한다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 철도 차량은 도 2에서 설명된 바와 같이 선로를 검출하되, 단계 S210에서 전방 영상에서 차선을 검출(S410)한다. 차선 검출은 현재 차량의 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)에서 지원하는 LDWS(Lane Departure Warning System, 차선 이탈 경보 시스템), LKAS(Lane Keeping Assist System, 차선 유지 보조 시스템) 등을 통해 구현되어 있으므로, 공지의 차선 검출 알고리즘을 통해 용이하게 수행될 수 있다.
그리고 철도 차량은 선로의 광학 특성을 이용하여 전방 영상에서 선로를 검출(S420)한다. 실시예에 따라서 철도 차량은 전방 영상에서 선로를 먼저 검출하고 차선을 검출할 수도 있다.
그리고 차선 검출 결과를 이용하여, 선로 검출 결과에서 차선을 제거(S430)함으로써, 최종적으로 선로를 검출한다.
단계 S420의 선로 검출 결과에서 차선이 검출될 수 있는데, 단계 S410의 차선 검출 결과를 통해 전방 영상에서 차선의 위치를 확인할 수 있으므로, 검출된 차선의 위치를 이용하여 선로 검출 결과에서 차선을 용이하게 제거할 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면 차선이 포함되지 않고 선로만이 검출된 검출 결과를 획득할 수 있다.
도 5(a)와 같이 선로(510)와 차선(520)이 혼재하는 환경에서, 본 발명은 도 5(b)와 같이 차선을 포함하지 않는 선로를 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 도면을 참조하여 설명하지는 않았지만, 전술된 충돌 판단 장치는 소프트웨어 관점에서 용이하게 해석될 수 있다.
즉 본 발명의 일실시예에 따른 철도 차량의 충돌 위험도 판단 방법은 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하고, 선로의 광학 특성을 이용하여, 전방 영상으로부터 선로를 검출할 수 있으며, 전방 영상에서 선로 주변의 장애물을 검출함으로써, 장애물과 철도 차량의 충돌 위험도를 판단할 수 있다.
그리고 이 때 장애물과 선로 사이의 거리에 따라서, 충돌 위험도가 판단될 수 있다.
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 선로의 광학 특성을 이용하여, 상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계는
    상기 전방 영상에서 차선 및 상기 선로를 검출하고, 선로 검출 결과에서 상기 차선을 제거하는
    철도 차량의 선로 검출 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계는
    상기 전방 영상에서 기 설정된 검출 구간만큼 명도가 일정한 영역을 상기 선로로 검출하는
    철도 차량의 선로 검출 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계는
    인접 영역의 명도보다 특정값 이상 또는 이하의 명도를 나타내는 상기 일정한 영역을 상기 선로로 검출하는
    철도 차량의 선로 검출 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 검출 구간은
    상기 차선의 폭보다 적은 폭의 구간인
    철도 차량의 선로 검출 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계는
    상기 철도 차량과 상기 선로의 거리에 따라서, 최대 검출 구간 및 최소 검출 구간 사이에서 명도가 일정한 영역을 상기 선로로 검출하는
    철도 차량의 선로 검출 방법.
  6. 삭제
  7. 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하는 카메라;
    상기 선로의 광학 특성 정보를 저장하는 메모리; 및
    상기 광학 특성 정보를 이용하여, 상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 영상 처리부를 포함하며,
    상기 영상 처리부는
    상기 전방 영상에서 차선 및 상기 선로를 검출하고, 선로 검출 결과에서 상기 차선을 제거하는
    철도 차량의 선로 검출 장치.
  8. 삭제
  9. 선로가 설치된 노면이 포함된 전방 영상을 획득하는 단계;
    상기 선로의 광학 특성을 이용하여, 상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계; 및
    상기 전방 영상에서 상기 선로 주변의 장애물을 검출하고, 상기 장애물과 철도 차량의 충돌 위험도를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 전방 영상으로부터 상기 선로를 검출하는 단계는
    상기 전방 영상에서 차선 및 상기 선로를 검출하고, 선로 검출 결과에서 상기 차선을 제거하는
    철도 차량의 충돌 위험도 판단 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 장애물과 철도 차량의 충돌 위험도를 판단하는 단계는
    상기 장애물과 상기 선로 사이의 거리에 따라서, 상기 충돌 위험도를 판단하는
    철도 차량의 충돌 위험도 판단 방법.
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