KR101988269B1

KR101988269B1 - 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR101988269B1
Application number: KR1020180118690A
Authority: KR
Inventors: 김종찬; 김현태
Original assignee: 벽산파워 주식회사
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2019-06-12

Abstract

본 발명은 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 RFID 카드 리더와 카메라 모듈 등을 건널목 등에 설치하여 레일에 흐르는 전류에 의해 충전된 전력을 사용하여 관리자에게 경고 문자를 보내도록 관리하고, 고압 임펄스 궤도 회로 장치에서 전력을 자체적으로 생산하여 이용하는 레일 파단 검지 장치에 관한 것이다.

Description

레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템{Rail circuit monitoring system using rail fracture signal and image signal}

일반적으로 궤도회로장치는 열차선로를 구역별로 분할하여 인접 궤도와 전기적으로 절연하고, 한쪽에는 송신기를 다른 한쪽에는 수신기와 궤도 계전기를 연결하여 전기회로를 구성한 뒤, 그 송신기와 수신기 사이에 열차 검지를 위한 가청 주파수를 공진시켜 어떤 구간에 열차가 진입했는지를 검지하는 한편, 지상에서 차상으로 정보를 전송하는 역할을 수행하게 된다.

임피던스 본드는 낮은 저항과 비교적 높은 리액턴스의 철심코일로 전환구간에 있어서 절연계수의 근처에서 귀선 전류의 직류 회로를 확보하기 위해 사용된다. 이러한 성질을 이용하여 귀도 회로 간 경계점에 설치하여 신호전류와 전차선 귀선전류를 구분하기 위해서 사용되는 것으로, 열차에 관련된 소기의 제어 통제기능을 수행하고 관리 감독 할 수 있는 시스템에 사용되는 부품장치이다.

따라서 현재의 철도용 궤도회로의 임피던스 본드는 사용되는 권선코일의 저항이 평형을 이루어 신호 오동작이 일어나지 않아야 하고, 신호지연이 없고, 특히 최근 발생되는 대형 열차 충돌 사고를 방지하는 중요한 요소로 떠오르고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 철도신호기 및 신호기기, 철로 변환기 등의 각종 기기를 제어하기 위해 신호 기계실로부터 전송된 데이터를 처리하는 다수의 보드를 내측에 내장하는 기구함(150)과 카메라(130)와 적외선 카메라 등이 철로 노변에 비치되어져 있다.

상기한 기구함의 경우 종래에는 작업자가 해당 함체의 내부에 구비된 제어보드를 교체하거나, 그 제어보드의 설정상태를 변경시키는 등의 작업을 위해 기구함의 도어를 개방시키게 되면, 이때, 상기 시건부에 결합된 자물쇠를 함체의 내측벽에 형성된 고리에 걸어두고 작업을 하는 것이 일반적이다. 즉, 자물쇠가 분실되는 것을 방지하기 위해 함체의 내측벽 고리에 자물쇠를 걸어두게 된다.

하지만, 빈번하게 상기 기구함을 개방하여 소정의 작업을 행하고, 다시 시건부에 자물쇠를 걸어두는 행위를 반복하다보면, 작업자가 자물쇠를 시건부에 체결해야된다는 사실을 망각한 채, 상기 도어만을 닫고 해당 기구함을 떠나는 경우가 종종 발생되게 된다.

그와 같은 경우에는 철도 관계자가 아닌 타인이 해당 기구함의 내부 기기들을 조작할 우려가 높으며, 내부 기기들을 임의로 조작하는 경우에는 철도 신호체계는 물론이고, 철로의 변경 상태가 소망하는 대로 이루어지지 않으므로 대형 철도 사고가 발생할 우려가 매우 높다는 문제점이 있었다.

철도건설현장에 잠재되어 있는 위험상황을 현장근로자가 직접 발주기관인 철도공단에 신고해 현장의 위험요인을 제거할 수 있도록 '위험작업 일시중지 요청제도(Safety-Call)'를 운영하고 있다.

이 제도는 현장근로자가 작업현장의 위험상황을 인지한 경우 즉시 작업을 중지하고, 공단 지역본부에 신고를 하면 해당본부 안전품질부에서 즉시 현장에 직원을 파견해 위험상황을 확인하고, 개선 조치하는 절차로 이루어진다.

또한, 신고한 현장근로자의 개인 신변을 철저히 보호해 현장에서 위험작업 상황에 대한 신고가 활성화되도록 했으며, 위험요인 제거에 소극적인 현장은 공단이 중점관리대상으로 지정, 관리한다는 방침이다.

기존의 철도 선로 변 작업의 경우 서류에 의한 업무지시 등 오프라인에 의한 작업이 이루어지고 있어 열차 운행의 상황 변화에 따른 정보 공유가 부족하기 때문에 사고를 사전에 예측, 예방하거나 사고 발생 시 신속한 대응을 못하고 사후 처리만 수행하고 있는 실정이다.

또한 종래에는 철도 현장에 도입된 안전 센서 및 계측기를 통해 많은 정보가 생성되고 있지만, 안전 운영 및 사고 발생 시 대책을 수립하는 데에 이를 제대로 활용되지 못하고 있는 실정이었다.

한국등록특허 제1001712호 한국등록특허 제1360951호 한국등록특허 제0961899호 한국등록특허 제1719326호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 이용하기 위해 RFID 카드 리더와 카메라 모듈 등을 레일 등에 설치하여 보안 신호와 영상 신호로 이용하고, 레일에 흐르는 전류에 의해 충전된 전원을 자체적으로 사용하도록 관리하는 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 이용하기 위해 임피던스본드 등으로 이루어지는 궤도회로장치를 사용하는 경우에, 레일 절손과 같은 궤도 레일의 손상시 임피던스본드의 구조적인 특성과 전철구간에서 사용하는 귀선회로에 의해 만들어지는 우회회로에 의한 궤도회로장치의 오동작 발생이 없이 레일의 손상을 사전에 검지하여 전차의 안전운행을 확보할 수 있는 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템에 있어서, 작업자 개인이 소지하는 RFID 카드; 상기 RFID 카드를 인식하여 제어부에 전달하는 인식 모듈; 기구함 도어의 외측을 촬영하는 제1 카메라 모듈; 상기 기구함 도어의 내측에 위치하여 영상을 촬영하는 제2 카메라 모듈; 상기 기구함 도어의 외측에 설치되어 경고 알람을 울리는 알람 모듈; 제1 레일과 제2 레일과 연결되는 1차 코일과 2차 코일로 구성된 변압기 구조체; 상기 변압기 구조체에서 상기 제1 레일과 연결되는 1차 코일의 제1 단자(P1); 상기 제1 단자(P1)를 주회하여 결합되는 제1 CT; 상기 변압기 구조체에서 상기 제2 레일과 연결되는 1차 코일의 제2 단자(P2); 상기 제2 단자(P2)를 주회하여 결합되는 제2 CT; 상기 변압기 구조체의 1차 코일에서 전차전류(귀선전류)를 회귀시키기 위한 귀선과 연결되는 중심단자; 상기 중심단자를 주회하여 결합되는 제3 CT; 상기 제3 CT에서 생성되는 전류를 정류하여 전력을 생성하는 전력 생성부; 상기 전력 생성부에서 생성된 전력을 상기 각 모듈들에 분배하고, 상기 카메라 모듈들을 통해 입력된 주변 영상정보를 저장하고, 열차정보에 대한 운행스케줄에서 열차가 진행하는 방향의 역들 중 다음역을 선정하여, 선정된 다음역의 정보를 외부의 통합감시부에 요청하는 제어부; 상기 제어부로 부터 운행스케줄 상의 다음역의 정보에 대해 상기 카메라 모듈을 통해 획득한 다음역의 정보를 기관사의 모니터에 표시하는 통합감시부;를 포함하되, 상기 통합감시부는 GPS 또는 이동통신망을 통한 열차의 위치정보와, 상기 RFID 카드를 통해 전달받은 작업자 개인의 정보를 통해 어느 철로 주변에서 작업하고 있는지와 현재 열차의 위치를 확인하여 열차의 접근을 제한시키고, 상기 인식 모듈을 통해 작업자가 인증이 안된 상태에서, 상기 기구함 도어가 열려져 상기 제2 카메라 모듈의 수광되는 빛의 양이 설정된 값 미만으로 판단되면 동작을 중지시키고 관리자에게 안내 문자를 발송하며, 상기 수광되는 빛의 양이 상기 설정된 값 이상 내지 일정 % 이하일 경우 관리자에게 경고 문자를 발송하고, 일정 % 이상일 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 관리자에게 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터에 표시하거나, 상기 기구함 도어에 각도 센서를 부착하여 일정 각도 이상 열릴 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 관리자에게 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터에 표시한다.

상기 제1 CT와 제2 CT를 통해 각각 입력되는 전류값들의 차이를 연산하고 그 전류차이값을 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 전류차이값이 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하면 레일 절손으로 판정하는 비교처리부; 상기 비교처리부가 레일 절손으로 판정하는 경우 경보정보를 지상의 기기실로 전송하는 경보발령부;을 더 포함하여 구성된다.

상기 통합감시부는 제1 카메라 모듈을 통해 획득한 다음역의 영상 정보, 상기 제어부에서 전송한 인식 모듈의 고유 번호와 작업자 정보와 레일 카메라로 촬영한 레일 주변의 영상을 전달받아 현재 진입하는 지역의 상황을 파악하도록 모니터에 표시한다.

상기 제1 CT와 제2 CT에서 발생하는 전류 데이터를 수집하여, 상기 수집된 전류 데이터 중 정상 데이터를 판별하여 기준 패턴으로 데이터베이스에 저장하고, 상기 수집된 전류 데이터를 소정의 샘플 크기로 나누어 디지털화하고 전력선 통신으로 상기 통합감시부에 전송한다.

상기 전력 생성부는, 상기 제3 CT에 이중으로 연결되는 1계 전력 생성부와 2계 전력 생성부로 나뉘며, 상기 한쌍의 1계 전력 생성부와 2계 전력 생성부에 설치되는 한쌍의 출력변압기와, 상기 한쌍의 1계 전력 생성부와 2계 전력 생성부의 바이패스 라인에 설치되는 바이패스용 무순단이중화절체스위치부와 상기 바이패스용 무순단이중화절체스위치부의 후단인 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부를 포함하고, 상기 1계 전력 생성부와 2계 전력 생성부의 출력변압기 2차측은 직렬로 연결되어, 상기 1계 및 2계 전력 생성부의 인버터부 출력전압에 비대칭적 편차가 발생했을 때 단순 전압강하만 일어나도록 하여 전력 생성부 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단하고, 상기 1계 전력 생성부에 FAIL이 발생함과 동시에 무정전으로 상기 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부에 동작전압이 투입되고 정상인 상기 2계 전력 생성부의 출력전원이 병렬연계용 무순단이중화절체스위치부를 거쳐 FAIL 상태인 상기 1계 전력 생성부의 출력변압기를 여자 시켜 정상적인 출력전압이 연속하여 공급되도록 하며, 상기 1계 전력 생성부와 2계 전력 생성부의 출력변압기 출력 측 전압의 범위 또는 인버터부 출력전압위상이 일정치 이상으로 차이가 발생하더라도 단순 전압변동현상만이 발생한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 임피던스본드의 1차권선의 중성점을 통해 전력을 생성함으로써 외부에 추가적인 전원 설비를 설치할 필요가 없고, 신호설비의 유지보수가 한층 용이한 장점이 있다.

또한 본 발명은 오래 동안 열차 충격으로 인한 소자의 특성 변화에 따른 부품 불량의 원인을 제거할 수 있다.

본 발명은 바이패스 라인 출력 측에 병렬 간 연계용 무순단이중화절체스위치부를 추가하여 1계에 고장이 발생하여 나머지 2계가 부하를 전담하게 될 경우 고장이 발생한 출력변압기를 연속사용 할 수 있도록 회로를 구성하여 순간적으로 부하전류가 상승하는 시간을 현저히 줄이 수 있다.

또한 본 발명은 승강장 선로의 침입자 및 장애물을 검지하여 긴급 및 위급한 상황의 발생시 신속하고 정확하게 대처할 수 있도록 하여 인명과 재산피해를 최소화할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 유지보수인력을 최소화하여 유지보수성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 기관사가 열차 기관실에 설치된 모니터를 통해 역사 수 km 전방에서 주행 중인 선로주변의 상황을 한눈에 확인할 수 있어 기관사가 느끼는 심리적 불안감을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 투신자살이나 승객 부주의로 인한 추락사고 등의 승강장 안전사고에 능동적으로 대처할 수 있게 된다.

도 1은 종래 발명에 따른 레일 검지 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 발명에 따른 신호 기구함 내부를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템의 통합감시제어 시스템과의 정보를 주고 받는 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레일에 귀선이 연결된 전력 생성부
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력생성부의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 작업자 개인이 소지하는 RFID 카드(71), 상기 RFID 카드(71)를 인식하여 제어부에 전달하는 인식 모듈(10), 카메라 모듈(20), 상기 기구함 도어의 외측에 설치되어 경고 알람을 울리는 알람 모듈(30) 등으로 구성된다.

상기 카메라 모듈(20)은 기구함 도어의 외측을 촬영하는 제1 카메라 모듈(21), 상기 기구함 도어의 내측에 위치하여 영상을 촬영하는 제2 카메라 모듈(22)로 구성된다.

따라서 기구함(73)에 접근하는 침입자의 접근 모습을 제1 카메라 모듈(21)로 촬영하고, 기구함 도어를 열어 작업하는 내용을 제2 카메라 모듈(22)이 세부적으로 촬영하여 제어부(50)를 통해 통합 감시부(60)로 전송한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 고유 번호를 포함하는 RFID 리더(72)를 통해 작업자 개인이 소지하는 RFID 카드(71)를 인식하여 개인 정보를 제어부에 전달한다.

상기 고유 번호는 레일의 위치에 따라 고유하게 부여하는 번호로서 철도시설 이력정보시스템(데이터베이스)에 저장되며, 상기 RFID 리더(72)의 정확한 위치를 파악할 수 있고, 상기 위치에 대응하는 상기 카메라들(21, 22, 501, 503)의 촬영 영상을 원할 경우 용이하게 통합 감시부(60)로 제공할 수 있다.

상기 개인 정보는 작업자의 정보도 있지만, 제어부(50)가 작업자가 현재 작업하는 장소가 정확한 지를 확인하거나 작업 위치를 확인하기 위해 사용한다.

레일 카메라(503)는 상기 기구함 도어의 외측 방향을 향해 외부 상황을 촬영하는 모듈로서, 레일 주변의 영상을 실시간 촬영하여 상기 제어부(50)에 전송할 수 있다.

예를 들어 상기 작업자 소지하는 RFID 카드(71)가 인식되면 상기 제1 카메라 모듈(21)이 회전하여 작업자의 작업 영상을 촬영하고, 상기 RFID 리더(72)의 고유 번호와 함께 상기 제어부에 전송한다.

또한 레일 카메라들(501, 503)은 선로를 따라 순차적으로 설치되어 열차 진행 방향 전방의 선로 영상을 촬영하고, 상기 선로 영상을 분석하여 선행 열차 존재 여부, 선행 열차 운행 정보, 장애물 존재 여부 및, 선로 이상 여부 등을 검출한 후, 상기 선로 영상과 선로 영상 분석 결과 등을 제어부(50)를 통해 통합 감시부(60)에 전송한 후 통합 감시부(60)가 실시간으로 실시간 철도안전 통합감시제어 시스템(76)으로 주기적으로 전송하여, 선행 열차 존재 여부와 장애물 존재 여부 및 선로 이상 여부에 따라 열차 운행을 자동 제어하고, 선로 영상과 선로 영상 분석 결과 등을 수신하여 모니터(75)에 나타내도록 한다.

제2 카메라 모듈(22)은 상기 기구함 도어의 내측 영상을 촬영하는 모듈로서, 상기 기구함 내부의 상태를 파악할 수 있을 뿐 아니라, 상기 기구함(73)의 도어를 열면 바로 노출되는 위치에 부착되어 기구함(73) 수리자의 영상을 촬영하여 상기 제어부에 전송할 수 있다.

이 때 상기 기구함(73) 수리자의 RFID 카드(71)의 정보도 제어부에 전송되어, 인증된 수리자인지 확인하는 절차를 거친다.
알람 모듈(30)은 상기 기구함 도어의 외측에 설치되어 경고 알람을 울리는 장치로서, 상기 RFID 카드(71)가 인식된 작업자가 현재 열차가 진입하는 위치에서 작업하고 있다면 경고 알람을 울리며, 상기 기구함(73)의 수리자가 인증되지 않은 사람인 경우에도 같은 경고 알람을 울릴 수 있다.

삭제

제어부(50)는 상기 카메라들(21, 22, 501, 503)을 통해 획득한 다음역의 정보를 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터(75)에 표시하도록 제어하는 모듈로서, 상기 기관사는 제어부에서 전송한 인식 모듈의 고유 번호와 작업자 정보와 상기 카메라 모듈들(21, 22, 501, 503)로 촬영한 레일 주변의 영상을 전달받아 현재 진입하는 지역의 상황을 한눈에 파악할 수 있다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 제1 레일(81)과 제2 레일(82)과 연결되는 1차 코일과 2차 코일로 구성된 변압기 구조체(40), 상기 변압기 구조체(40)에서 상기 제1 레일과 연결되는 1차 코일의 제1 단자(P1), 상기 제1 단자(P1)를 주회하여 결합되는 제1 CT(83), 상기 변압기 구조체에서 상기 제2 레일과 연결되는 1차 코일의 제2 단자(P2), 상기 제2 단자(P2)를 주회하여 결합되는 제2 CT(85), 상기 변압기 구조체의 1차 코일에서 전차전류(귀선전류)를 회귀시키기 위한 귀선과 연결되는 중심단자(CT; Center Tab), 상기 중심단자(CT)를 주회하여 결합되는 제3 CT(84), 상기 제3 CT(84)에서 생성되는 전류를 정류하여 전력을 생성하는 전력 생성부(99)로 구성된다.

이 외에도 열차의 통과시간 및 통과속도를 측정하는 지상자와, 상기 제1 CT와 제2 CT에서 전류 감지 유무를 모니터링하여 전류가 감지되지 않으면 레일 절손으로 판정하는 레일 절손 판정부 등이 추가로 연결될 수 있다.

또한 절체 스위치(86)는 1개의 임피던스 본드를 복수개의 커플링 유니트 중 하나와 선택적으로 연결시킨다. 절체 스위치는 신호 기계실의 제어기에 의해 원격으로 절체될 수 있으며, 물론 사용자에 의해 수동으로 절체될 수도 있다.

또한 커플링 유니트통합감시부(87, 88)는 송신 및 수신 주파수를 위한 2개의 LC 공진회로, 즉 제1 LC 공진회로통합감시부와 제2 LC 공진회로통합감시부, 차상신호용 콘덴서, 그리고 정전용량 보상용 콘덴서 등으로 구성되며, 커플링 유니트의 제1 단자 및 제2 단자는 AF 케이블을 통해 신호 기계실의 설비와 연결된다.

제어부(50)는 상기 전력 생성부에서 생성된 전력을 상기 각 모듈들에 분배하고, 상기 카메라 모듈들(20)을 통해 입력된 주변 영상정보를 저장하고, 열차정보에 대한 운행스케줄에서 열차가 진행하는 방향의 역들 중 다음역을 선정하여, 선정된 다음역의 정보를 상기 외부의 통합감시부(60)에 요청하는 장치이다.

상기 제어부(50)는 상기 카메라 모듈들(20)의 움직임을 위해 하측부에 설치된 모터의 작동을 제어하며, 카메라의 촬영 각도 및 촬영 범위를 변경시킬 수 있다.

따라서 상기 제어부(50)는 침입자가 나타났을 경우에 또는 기관사가 현장 모니터 영상을 원할 경우에 현장 동영상을 촬영하여 통합감시부(60)에 제공할 수 있다.

그리고 한 방향을 따라 운행하는 열차가 기점을 출발한 경우 운행스케줄 상에 형성된 여러 역 중 다음 역을 향해 운행하게 되며, 열차가 출발한 기점이 운행스케줄 상에 역 정보로서 포함된 경우, 운행스케줄 상의 역 중에서 두 번째 역이 다음 역으로 선정되고, 선정된 다음역의 정보에 대해 상기 카메라 모듈을 통해 획득한 다음역의 정보를 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터에 표시하는 통합감시부(60)로 구성된다.

상기 통합감시부(60)는 GPS 또는 이동통신망을 통한 열차의 위치정보와, 상기 RFID 카드를 통해 전달받은 작업자 개인의 정보를 통해 어느 철로 주변에서 작업하고 있는지와 현재 열차의 위치를 확인하여 열차의 접근을 제한시킨다.

상기 이동통신망을 통해 열차와 이동통신을 수행하거나 무선인터넷망을 통해 열차와 무선인터넷통신을 수행할 수 있는 데, 무선통신을 수행하는 무선통신장치나, CBTC를 사용한 무선통신장치, 무선인터넷망을 이용한 무선인터넷통신장치 및, CDMA(CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS: 코드분할 다중접속)망, 또는 GSM(GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION)망을 사용할 수 있다.

상기 기구함(73) 도어가 열려져 수광되는 빛의 양이 설정된 값 미만으로 판단되면 상기 제2 카메라 모듈(22)의 동작을 중지시키고 관리자에게 안내 문자를 발송하며, 상기 수광되는 빛의 양이 상기 설정된 값 내지 일정 % 이하일 경우 관리자에게 경고 문자를 발송하고, 일정 % 이상일 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 관리자에게 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터(75)에 표시한다.

상기 기구함(73) 도어에 각도 센서를 부착하여 일정 각도 이상 열릴 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 관리자에게 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터(75)에 표시한다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따라 제1 레일과 제2 레일 사이에 설치된 상기 제1 CT(83)와 제2 CT(85)를 통해 각각 입력되는 전류값들의 차이를 연산하고 그 전류차이값을 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 전류차이값이 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하면 레일 절손으로 판정하는 비교처리부와 상기 비교처리부가 레일 절손으로 판정하는 경우 경보정보를 지상의 기기실로 전송하는 경보발령부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 통합감시부(60)는 제1 카메라 모듈을 통해 획득한 다음역의 영상 정보, 상기 제어부에서 전송한 인식 모듈의 고유 번호와 작업자 정보와 레일 카메라(503)로 촬영한 레일 주변의 영상을 전달받아 현재 진입하는 지역의 상황을 파악하도록 모니터에 표시한다.

또한 본 발명의 일실시예에 따라 제1 CT(83)와 제2 CT(85)에서 발생하는 전류 데이터를 수집하여, 상기 수집된 전류 데이터 중 정상 데이터를 판별하여 기준 패턴으로 데이터베이스에 저장하고, 상기 수집된 전류 데이터를 소정의 샘플 크기로 나누어 각 프레임별 에너지를 구하고, 상기 수집된 전류 데이터에 대한 전체 프레임에서의 최대 에너지 프레임과 그 이웃하는 복수의 프레임들을 디지털화하고 전력선 통신으로 상기 통합감시부에 전송한다.

예를 들어 본 발명에 따른 전력선 통신은 출력 전압을 수신하여 상기 전력선의 전압 레벨 변동을 나타내는 전압 변화 검출신호를 이용하고 전력선을 통신선으로 사용하여 전원과 통신신호를 다중화하여 동시에 전송(FDM의 원리)하는 방법을 이용하고, 전력선 통신을 위해 사용하는 펄스 부호 변조(이하 PCM)는 신호 레벨을 균일한 주기로 표본화한 다음 아날로그 정보를 디지털 이진 코드로 양자화 처리한다.

한편 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전력생성부(99) 출력전압의 크기에서 발생하는 고장사고 및 부속품의 소손으로 인한 전원공급 불량원인이 발생한다.

또한 기존 부하분담형 병렬방식은 1계가 고장 시 나머지 2계가 전체 부하를 담당하게 되므로 순간적으로 부하율이 50%에서 100%로 증가함에 따라 기동전류와 유사한 대전류가 요구되어 순간적으로 인버터부의 출력전압이 설정치 이하로 떨어지는 현상이 발생 할 수 있다.

정상적으로 부하분담 병렬운전 중에 고장이 발생하여 나머지 2계가 부하를 전담하게 될 경우 순간적으로 부하전류가 상승하게 되어 인버터부 정격용량보다 큰 돌입전류가 발생 할 수 있다. 이러한 돌입전류는 순간적으로 인버터부의 출력전압을 감소시켜 부하계통에 순간정전이나 LOW VOLTAGE로 인한 기기고장을 야기 할 수도 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명은 한쌍의 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)와 상기 한쌍의 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)에 설치되는 한쌍의 출력변압기(12a, 12b)와 상기 한쌍의 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 바이패스 라인에 설치되는 바이패스용 무순단이중화절체스위치부(118, 128)와, 상기 바이패스용 무순단이중화절체스위치부 후단인 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)를 포함한다.

이 외에도 외부 전력을 공급하는 태양전지(117, 127)와 서로 동기화 시키는 static switch(119, 129)의 왼측편에 필터(116a, 126a)가 더 연결된다. 또한 외부에서 교류를 공급할 수 있는 압전 소자와 같은 하베스트 소자(117-1, 127-2)를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)를 포함하되, 상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 출력변압기 2차측은 직렬로 연결된다.

따라서 상기 1계 및 2계 전력 생성부의 정류부(114, 124)와 인버터부(116, 126) 출력전압에 비대칭적 편차가 발생했을 때 단순 전압강하만 일어나도록 하여 전력 생성부 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단한다.

또한 상기 1계 전력 생성부에 FAIL이 발생함과 동시에 무정전으로 상기 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)에 동작전압이 투입되고 정상인 상기 2계 전력 생성부의 출력전원이 병렬연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)를 거쳐 FAIL 상태인 상기 1계 전력 생성부의 출력변압기를 여자 시켜 정상적인 출력전압이 연속하여 공급되도록 한다.

상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 출력변압기 출력 측 전압의 범위 또는 인버터 출력전압위상이 일정치 이상으로 차이가 발생하더라도 단순 전압변동현상만이 발생한다.

구체적으로 상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)는 각 인버터부 출력전압 등에 비대칭적 편차가 발생했을 때 무순단 절체로 단순 전압강하만 일어나도록 하여 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단할 수 있다. 즉, 상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 출력변압기 출력 측 전압의 범위 또는 인버터부 출력전압위상이 일정치 이상으로 차이가 발생하더라도 단순 전압변동현상만이 발생한다.

이러한 효과는 종래 발명에서 전혀 만들어 낼 수 없던 효과로서 상기 제3 CT(84, 84')로부터 전송된 입력 측 전압이 불측의 원인으로 순간적으로 상승 되어 제1계 또는 제2계 전력 생성부가 FAIL을 일으키거나 정류부(114, 124)와 인버터부(116, 126) 등을 손상시키는 역 투입된 순환전류현상에 대응할 수 없거나, 상호간 출력전압위상 차이가 커질수록 비례적으로 커지는 과부하 전류현상을 방지한다.

10 : 인식 모듈
20 : 카메라
21 : 제1 카메라 모듈
22 : 제2 카메라 모듈
30 : 알람 모듈
40 : 변압기 구조체
50 : 제어부
60 : 통합 감시부
71 : RFID 카드
72 : RFID 리더
75 : 모니터
76 : 실시간 철도안전 통합감시제어 시스템
81 : 제1 레일
82 : 제2 레일
83 : 제1 CT
84, 84' : 제3 CT
85 : 제2 CT
86 : 절체 스위치
87, 88 : 커플링 유니트통합감시부
117, 127 : 태양전지
118, 119, 128, 129 : static switch

Claims

레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템에 있어서,
복수의 작업자가 각각 소지하고 있는 RFID 카드;
상기 RFID 카드를 인식하여 제어부에 전달하는 인식 모듈;
기구함 도어의 외측을 촬영하는 제1 카메라 모듈;
상기 기구함 도어의 내측에 위치하여 영상을 촬영하는 제2 카메라 모듈;
상기 기구함 도어의 외측에 설치되어 경고 알람을 울리는 알람 모듈;
제1 레일과 제2 레일과 연결되는 1차 코일과 2차 코일로 구성된 변압기 구조체;
상기 변압기 구조체에서 상기 제1 레일과 연결되는 1차 코일의 제1 단자(P1);
상기 제1 단자(P1)를 주회하여 결합되는 제1 CT;
상기 변압기 구조체에서 상기 제2 레일과 연결되는 1차 코일의 제2 단자(P2);
상기 제2 단자(P2)를 주회하여 결합되는 제2 CT;
상기 변압기 구조체의 1차 코일에서 전차전류(귀선전류)를 회귀시키기 위한 귀선과 연결되는 중심단자;
상기 중심단자를 주회하여 결합되는 제3 CT;
상기 제3 CT에서 생성되는 전류를 정류하여 전력을 생성하는 전력 생성부;
상기 전력 생성부에서 생성된 전력을 상기 인식 모듈, 제1 카메라 모듈, 제2 카메라 모듈, 및 알람 모듈에 분배하고, 상기 카메라 모듈들을 통해 입력된 주변 영상정보를 저장하고, 열차정보에 대한 운행스케줄에서 열차가 진행하는 방향의 역들 중 다음역을 선정하여, 선정된 다음역의 정보를 외부의 통합감시부에 요청하는 제어부;
상기 제어부로 부터 운행스케줄 상의 다음역의 정보에 대해 상기 카메라 모듈을 통해 획득한 다음역의 정보를 기관사의 모니터에 표시하는 통합감시부;
상기 제1 CT와 제2 CT를 통해 각각 입력되는 전류값들의 차이를 연산하고 그 전류차이값을 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 전류 차이값이 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하면 레일 절손으로 판정하는 비교처리부;
상기 비교처리부가 레일 절손으로 판정하는 경우 경보정보를 지상의 기기실로 전송하는 경보발령부;를 포함하되,
상기 통합감시부는 GPS 또는 이동통신망을 통한 열차의 위치정보와, 상기 RFID 카드를 통해 전달받은 작업자 개인의 정보를 통해 어느 철로 주변에서 작업하고 있는지와 현재 열차의 위치를 확인하여 열차의 접근을 제한시키고,
상기 인식 모듈을 통해 작업자가 인증이 안 된 상태에서, 상기 기구함 도어가 열려져 상기 제2 카메라 모듈의 수광되는 빛의 양이 설정된 값 미만으로 판단되면 동작을 중지시키고 관리자 단말기에 안내 문자를 발송하며, 상기 수광되는 빛의 양이 상기 설정된 값 이상 내지 일정 % 이하일 경우 관리자 단말기에 경고 문자를 발송하고, 일정 % 이상일 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 관리자 단말기에 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터에 표시하거나,
상기 기구함 도어에 각도 센서를 부착하여 일정 각도 이상 열릴 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 관리자에게 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터에 표시하되,
상기 변압기 구조체의 중심단자를 통해 전력을 생성함으로써 외부에 추가적인 전원 설비를 설치하지 않고,
상기 기관사가 열차 기관실에 설치된 모니터를 통해 전방 선로주변의 상황을 한눈에 확인할 수 있어 기관사가 느끼는 심리적 불안감을 해소할 수 있으며,
상기 기구함에 카메라 모듈을 설치하여 유지보수인력을 일정 숫자 이하로 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 통합감시부는,
상기 제어부에서 전송한 인식 모듈의 고유 번호와 작업자 정보와 레일 카메라로 촬영한 레일 주변의 영상을 전달받아 현재 진입하는 지역의 상황을 파악하도록 모니터에 표시하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 CT와 제2 CT에서 발생하는 전류 데이터를 수집하여, 상기 수집된 전류 데이터 중 정상 데이터를 판별하여 기준 패턴으로 데이터베이스에 저장하고, 상기 수집된 전류 데이터를 소정의 샘플 크기로 나누어 디지털화하고 전력선 통신으로 상기 통합감시부에 전송하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 감지 보완 회로와 영상 신호를 통한 철도 신호 설비 모니터링 시스템.
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