KR102001475B1 - 열차 위치 측정 장치 - Google Patents

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KR102001475B1
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안치형
김정태
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한국철도기술연구원
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Abstract

열차 위치 측정 장치가 개시된다. 본 발명의 열차 위치 측정 장치는 플랫폼에 설치되어 기 설정된 패턴의 자기장의 형성하는 안테나; 열차에 설치되어 안테나로부터 발생된 자기장을 감지하는 자기장 검출부; 및 자기장 검출부에 의해 검출된 자기장의 패턴을 이용하여 열차의 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열차 위치 측정 장치{APPARATUS FOR DETECTING POSITION OF TRAIN}
본 발명은 열차 위치 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기장의 패턴 및 주파수를 기반으로 열차의 위치를 정확하게 측정하는 열차 위치 측정 장치에 관한 것이다.
열차는 고도의 안전성, 신뢰성, 및 정확성이 확보되어야 하는 대표적인 대량 운송 교통 수단 중 하나이다. 따라서, 열차의 안전성을 확보하고 신뢰성 및 정확도를 높여 운행 효율을 향상시키기 위해 다양한 열차제어장치들이 개발되었다.
대표적인 열차제어장치들로는, 열차자동정지장치인 ATS(AUTOMATIC TRAIN STOP), 열차자동보호장치인 ATP(AUTOMATIC TRAIN PROTECTION), 열차자동제어장치인 ATC(AUTOMATIC TRAIN CONTROL), 및 열차자동운전장치인 ATO(AUTOMATIC TRAIN OPERATION) 등이 있다.
최근에는 상술한 바와 같은 다양한 열차운행제어장치들을 이용하여 무선통신기반으로 열차를 자동 또는 무인으로 운전하는 열차 제어 시스템(Communications-Based Train Control: CBTC)의 이용이 증가되고 있다.
이러한 무선통신 기반의 열차 제어 시스템에서 열차가 무인 또는 자동으로 운전중인 경우, 원활한 열차 운행 서비스의 제공을 위해 열차를 각 역사 내에서 미리 정해진 정위치 정차지점에 정위치 정차시키는 것이 매우 중요하다.
일반적으로, 무선통신 기반의 열차 제어 시스템에서, 열차가 역사 내로 진입한 후 정위치 정차지점에서 정차하지 않은 것으로 판단되면, 열차는 자동 인칭(Inching) 제어 기능을 통해 역사 내의 정차지점에서 정확하게 정차할 수 있게 된다. 이때, 인칭이란 열차의 움직임을 미세하게 조정하는 것을 의미한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-0897406호(2009.05.06)의 '열차 정위치정차 유도 시스템 및 그 방법'에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 목적은 자기장의 패턴 및 주파수를 기반으로 열차의 위치를 정확하게 측정하는 열차 위치 측정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열차의 정위치 제어를 통해 열차의 정시운행을 확보하고, 안전한 감속과 정차를 통해 승객의 안전을 보호하며, 질 높은 열차 운행 서비스를 제공할 수 있도록 한 열차 위치 측정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 열차 위치 측정 장치는 플랫폼에 설치되어 기 설정된 패턴의 자기장의 형성하는 안테나; 열차에 설치되어 상기 안테나로부터 발생된 자기장을 감지하는 자기장 검출부; 및 상기 자기장 검출부에 의해 검출된 자기장의 패턴을 이용하여 열차의 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안테나는 철심; 및 상기 철심에 감겨지는 코일을 포함하되, 상기 코일은 상기 철심에 감겨지는 위치에 따라 권선밀도가 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 상기 철심에 권취되는 적어도 하나의 권취부; 및 상기 권취부를 연결하는 적어도 하나의 연결부를 포함하되, 상기 권취부의 권선밀도, 상기 권취부의 길이, 상기 권취부의 개수, 상기 연결부의 길이 및 상기 길이부의 개수 적어도 하나는 상기 안테나의 설치 위치에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 철심은 상기 안테나의 설치 위치에 따라 서로 상이한 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안테나는 상기 열차의 진행 방향으로 나란하게 설치되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 상기 철심에 권취되는 적어도 하나의 권취부; 및 상기 권취부를 연결하는 적어도 하나의 연결부를 포함하되, 상기 권취부는 권선밀도 및 상기 연결부의 길이 중 적어도 하나는 상기 안테나의 설치 위치에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 위치 검출부는 상기 자기장 검출부에 의해 자기장의 패턴이 검출되면, 검출된 자기장의 패턴에 매칭되는 상기 안테나의 위치를 토대로 열차 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 열차 위치 측정 장치는 플랫폼에 설치되어 기 설정된 패턴의 자기장의 형성하는 안테나; 플랫폼에 설치되어 기 설정된 주파수의 신호를 송신하는 송신모듈;열차에 설치되어 안테나로부터 발생된 자기장을 감지하는 자기장 검출부; 열차에 설치되어 주파수 발생부로부터 발생된 신호를 수신하는 수신모듈; 및 상기 자기장 검출부에 의해 검출된 자기장의 패턴과 상기 수신모듈에 의해 수신된 신호의 주파수를 이용하여 열차의 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안테나는 철심; 및 상기 철심에 감겨지는 코일을 포함하되, 상기 코일은 상기 철심에 감겨지는 위치에 따라 권선밀도가 서로 상이하게 권취되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 상기 철심에 권취되는 적어도 하나의 권취부; 및 상기 권취부를 연결하는 적어도 하나의 연결부를 포함하되, 상기 권취부의 권선밀도, 상기 권취부의 길이, 상기 권취부의 개수, 상기 연결부의 길이 및 상기 길이부의 개수 적어도 하나는 상기 안테나의 설치 위치에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 철심은 상기 안테나의 설치 위치에 따라 서로 상이한 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 안테나는 상기 열차의 진행 방향으로 나란하게 설치되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코일은 상기 철심에 권취되는 적어도 하나의 권취부; 및 상기 권취부를 연결하는 적어도 하나의 연결부를 포함하되, 상기 권취부의 권선밀도와 길이 및 개수, 및 상기 연결부의 길이와 개수 중 적어도 하나는 상기 안테나의 설치 위치에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 위치 검출부는 상기 자기장 검출부에 의해 자기장의 패턴이 검출되면, 검출된 자기장의 패턴에 매칭된 상기 안테나의 위치를 검출하고, 상기 수신모듈에서 수신된 신호의 주파수에 매칭된 상기 송신모듈의 위치를 검출한 후, 상기 안테나의 위치와 상기 송신모듈의 위치 중 어느 하나를 통해 열차 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 열차 위치 측정 장치는 자기장의 패턴 및 주파수를 기반으로 열차의 위치를 정확하게 측정한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 열차 위치 측정 장치는 열차의 정위치 제어를 통해 열차의 정시운행을 확보하고, 안전한 감속과 정차를 통해 승객의 안전을 보호하며, 질 높은 열차 운행 서비스를 제공할 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 위치 측정 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 및 송신모듈의 배치 예를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시에에 따른 코일 주조의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 권선밀도에 따른 자기장의 패턴을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 위치 측정 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 위치 측정 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 및 송신모듈의 배치 예를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 구조의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시에에 따른 코일 주조의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 권선밀도에 따른 자기장의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 위치 측정 장치는 플랫폼에 진입하는 열차의 위치를 측정하는 것으로써, 안테나(10), 송신모듈(30), 수신모듈(40), 자기장 검출부(20) 및 위치 검출부(50)를 포함한다.
안테나(10)는 플랫폼에 복수 개가 설치되어 철심(12) 및 코일(11)의 권선방식에 따라 다양한 형태의 자기장 패턴을 형성한다.
안테나(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 플랫폼에 설치되는데, 복수 개가 일정한 간격으로 설치되거나 서로 다른 간격으로 설치될 수도 있다.
도 3 을 참조하면, 안테나(10)는 철심(12) 및 코일(11)을 구비한다.
철심(12)은 봉 형태로 형성되어 열차의 진행방향으로 복수 개가 배치된다.
코일(11)은 철심(12)에 권선되는 데 그 감겨지는 위치에 따라 권선수가 상이하게 감겨질 수 있다.
코일(11)은 철심(12)에 권선되는 권취부(111) 및 권취부(111)를 연결하는 연결부(112)를 포함하며, 권취부(111)의 권선밀도와 길이 및 개수 뿐만 아니라, 연결부(112)의 길이와 개수도 철심(12)의 길이에 따라 다양하게 마련될 수 있다.
여기서, 권취부(111)의 권선밀도, 권취부(111)의 길이, 권취부(111)의 개수, 연결부(112)의 길이 및 길이부(112)의 개수는 해당 안테나(11)의 위치에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
이 경우, 권취부(111)의 권선밀도, 권취부(111)의 길이, 권취부(111)의 개수, 연결부(112)의 길이 및 길이부(112)의 개수는 서로 상이할 수 있다. 이는 안테나(10)의 위치를 식별하기 위한 것으로써, 권취부(111)의 권선밀도, 권취부(111)의 길이, 권취부(111)의 개수, 연결부(112)의 길이 및 길이부(112)의 개수가 서로 상이하게 설정됨으로써, 인가된 전원에 의해 각 안테나(10)마다 서로 다른 자기장 패턴을 형성한다.
이러한 자기장 패턴에 따라 각 안테나(10)가 식별될 수 있으며, 식별된 안테나(10)의 위치를 기초로 열차의 위치가 추정될 수 있다.
안테나(10)에 의해 발생되는 자기장 패턴은 권취부의 권선밀도와 길이 및 개수, 및 상기 연결부의 길이와 개수에 따라 다양하게 형성될 수 있는 바, 도 3 에는 2개의 권취부(111)가 1개의 연결부(112)에 의해 연결된 상태가 되었으며, 도 4 에는 2개의 권취부(111)가 1개의 연결부(112)에 의해 형성된 자기장 패턴이 도시되었다.
자기장 패턴은 상기한 바와 같이권취부(111)의 권선밀도, 권취부(111)의 길이, 권취부(111)의 개수, 연결부(112)의 길이 및 길이부(112)의 개수에 따라 다양하게 형성되는 바, 자기장 검출부(20)가 해당 자기장 패턴을 검출함으로써, 위치 검출부(50)가 해당 안테나(10)를 식별할 수 있게 된다.
여기서, 자기장 패턴을 다양하게 형성하기 위한 다른 실시예로 안테나(11)의 설치 위치에 따라 철심(12)의 재료가 변경될 수도 있다.
한편, 상기한 실시예에서는 안테나(10)가 철심(12) 및 코일(11)을 포함하는 것을 예시로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 4 를 참조하면, 안테나(10)가 철심(12)없이 코일(11)만을 포함할 수 있다. 즉, 코일(11)이 철심(12)에 권선되지 않고 스프링 형태로 권선될 수 있다. 이 경우 코일(11)은 상기한 실시예와 같이 스프링 형태로 형성되는 권취부(111) 및 권취부(111)를 연결하는 연결부(112)를 포함할 수 있다.
여기서, 권취부(111)의 권선밀도와 길이 및 개수, 및 연결부(112)의 길이와 개수는 서로 상이하게 설정됨으로써, 각 안테나(10)마다 서로 다른 자기장 패턴을 형성하도록 한다. 이는 상기한 실시예와 동일하다.
한편, 자기장 검출부(20)는 열차에 설치되어 안테나(10)로부터 방출된 자기장을 검출한다. 즉, 자기장 검출부(20)는 열차에 설치되어 열차가 플랫폼에 진입하는 동안 각 안테나(10)로부터 방출된 자기장 패턴을 검출하고, 검출된 자기장의 패턴에 따른 전류를 위치 검출부(50)에 입력하여 열차의 현재 위치를 검출할 수 있도록 한다.
송신모듈(30)은 플랫폼에 설치되어 기 설정된 주파수의 신호를 발생시킨다. 송신모듈(30)은 플랫폼에 적어도 하나 이상이 설치될 수 있으며, 각 송신모듈(30)로부터 발신되는 신호의 주파수는 서로 상이할 수 있다.
또한, 각 송신모듈(30)은 동일한 주파수의 신호를 발생시킬 수 있으나, 그 설치 위치에 따라 서로 상이한 주파수의 신호를 발생시킬 수 있다.
수신모듈(40)은 열차에 설치되어 송신모듈(30)로부터 송신된 신호를 수신하여 위치 검출부(50)에 입력함으로써, 위치 검출부(50)가 수신된 신호의 주파수를 토대로 열차의 위치를 검출할 수 있도록 한다.
위치 검출부(50)는 자기장 검출부(20)에 의해 검출된 자기장의 패턴 및 수신모듈(40)에 의해 수신된 신호의 주파수에 따라 열차의 위치를 검출한다.
즉, 열차가 플랫폼에 진입할 경우, 열차에 설치된 자기장 검출부(20)는 각 안테나(10)로부터 방출된 자기장의 패턴을 검출하여 위치 검출부(50)에 입력하고 수신모듈(40)은 송신모듈(30)로부터 송신된 신호의 주파수를 검출한다.
이에 따라, 위치 검출부(50)는 자기장 검출부(20)에 의해 검출된 자기장의 패턴 및 수신모듈(40)에 의해 수신된 신호의 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 열차의 위치를 검출한다.
이 경우, 위치 검출부(50)는 자기장의 패턴이 검출된 개수에 따라 해당 개수에 대응되는 열차의 위치를 검출하거나, 또는 각 자기장의 패턴에 매칭된 안테나(10)의 위치를 데이터베이스부에서 검출하고 검출된 안테나(10)의 위치를 기반으로 해당 열차의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치 검출부(50)는 감지된 신호의 주파수에 매칭된 수신모듈(40)의 위치를 데이터베이스부에서 검출하고 검출된 수신모듈(40)의 위치를 기반으로 해당 열차의 위치를 추정할 수 있다.
특히, 위치 검출부(50)는 자기장 검출부(20)에 의해 검출된 자기장의 패턴 및 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 열차의 위치를 측정하는데, 자기장의 패턴과 주파수를 모두 이용하여 열차 위치를 검출하므로 열차 위치의 정확도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 자기장 검출부(20)의 에러 또는 안테나(10) 파손 등으로 인해 자기장 검출부(20)에 의해 자기장 패턴이 비정상적으로 검출될 경우, 위치 검출부(50)는 수신모듈(40)에 의해 검출된 주파수를 토대로 열차의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치 검출부(50)는 자기장 검출부(20)에 의해 검출된 자기장 패턴을 통해 열차 위치를 추정하더라도 수신모듈(40)에 의해 검출된 주파수를 토대로 열차 위치가 추정되면, 자기장 패턴을 통해 추정된 열차 위치를 주파수를 토대로 추정된 열차 위치로 보정할 수 있다.
게다가, 안테나(10)와 송신모듈(30)이 나란하게 배치된 경우, 위치 검출부(50)는 자기장의 패턴을 기반으로 검출된 열차의 위치와 주파수를 토대로 검출된 열차의 위치가 서로 상이하면, 자기장의 패턴을 기반으로 검출된 열차의 위치와 주파수를 토대로 검출된 열차의 위치 중 어느 하나를 선택적으로 채택할 수 있다.
반면에, 위치 검출부(50)는 자기장의 패턴과 주파수를 토대로 검출된 열차 위치가 서로 상이할 경우 위치 측정 에러로 판단할 수도 있다.
즉, 열차가 플랫폼에 진입하는 경우, 자기장 검출부(20)와 수신모듈(40)은 플랫폼에 설치된 안테나(10)로부터 방출된 자기장 패턴 및 송신모듈(30)로부터 방출된 신호의 주파수를 각각 순차적으로 검출한다.
이 경우, 위치 검출부(50)는 자기장 검출부(20)에 의해 자기장 패턴이 검출되거나 수신모듈(40)에 의해 주파수가 검출될 때마다 열차 위치를 검출한다.
예를 들어, 위치 검출부(50)는 위치 검출부(50)는 자기장 검출부(20)에 의해 검출된 자기장의 패턴 및 수신모듈(40)에 의해 수신된 신호의 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 열차의 위치를 검출한다.
이 경우, 위치 검출부(50)는 자기장의 패턴이 검출된 개수에 따라 열차의 위치를 검출할 수 있다.
또한, 위치 검출부(50)는 자기장 검출부(20)에 의해 자기장 패턴이 검출되면 해당 자기장의 패턴에 매칭된 안테나(10)의 위치를 데이터베이스부에서 검출하고 검출된 안테나(10)의 위치를 기반으로 해당 열차의 위치를 추정하고, 수신모듈(40)에 의해 주파수가 검출되면 해당 주파수에 매칭된 수신모듈(40)의 위치를 데이터베이스부에서 검출하고 검출된 수신모듈(40)의 위치를 기반으로 해당 열차의 위치를 추정할 수 있다.
특히, 위치 검출부(50)는 상기한 바와 같이 자기장 검출부(20)에 의해 검출된 자기장의 패턴 및 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 열차 위치를 검출하므로, 열차 위치의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 위치 측정 장치는 자기장의 패턴 및 주파수를 기반으로 열차의 위치를 정확하게 측정한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 위치 측정 장치는 열차의 정위치 제어를 통해 열차의 정시운행을 확보하고, 안전한 감속과 정차를 통해 승객의 안전을 보호하며, 질 높은 서비스를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 안테나 11: 코일
111: 권취부 112: 연결부
12: 철심 20: 자기장 검출부
30: 송신모듈 40: 수신모듈
50: 위치 검출부

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 플랫폼에 설치되어 기 설정된 패턴의 자기장의 형성하는 안테나;
    플랫폼에 설치되어 기 설정된 주파수의 신호를 송신하는 송신모듈;
    열차에 설치되어 안테나로부터 발생된 자기장을 감지하는 자기장 검출부;
    열차에 설치되어 주파수 발생부로부터 발생된 신호를 수신하는 수신모듈; 및
    상기 자기장 검출부에 의해 검출된 자기장의 패턴과 상기 수신모듈에 의해 수신된 신호의 주파수를 이용하여 열차의 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함하며,
    상기 위치 검출부는 상기 자기장 검출부에 의해 검출된 자기장의 패턴을 이용하여 열차 위치를 추정한 후, 상기 수신모듈에 의해 검출된 주파수를 이용하여 열차 위치를 추정하면, 상기 자기장 검출부에 의해 검출된 자기장 패턴으로 추정된 열차 위치를 상기 수신모듈에 의해 수신된 신호의 주파수로 추정된 열차 위치로 보정하며,
    상기 위치 검출부는 상기 안테나와 상기 송신모듈이 나란하게 배치된 경우, 상기 자기장 검출부에 의해 검출된 자기장 패턴으로 추정된 열차 위치와 상기 수신모듈에 의해 검출된 주파수로 추정된 열차 위치가 서로 상이하면 위치 측정 에러로 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 위치 측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 안테나는
    철심; 및
    상기 철심에 감겨지는 코일을 포함하되,
    상기 코일은 상기 철심에 감겨지는 위치에 따라 권선밀도가 서로 상이하게 권취되는 것을 특징으로 하는 열차 위치 측정 장치
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 코일은
    상기 철심에 권취되는 적어도 하나의 권취부; 및
    상기 권취부를 연결하는 적어도 하나의 연결부를 포함하되,
    상기 권취부의 권선밀도, 상기 권취부의 길이, 상기 권취부의 개수, 상기 연결부의 길이 및 상기 연결부의 개수 적어도 하나는 상기 안테나의 설치 위치에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 열차 위치 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 철심은 상기 안테나의 설치 위치에 따라 서로 상이한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 열차 위치 측정 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 안테나는
    상기 열차의 진행 방향으로 나란하게 설치되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 위치 측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 코일은
    철심에 권취되는 적어도 하나의 권취부; 및
    상기 권취부를 연결하는 적어도 하나의 연결부를 포함하되,
    상기 권취부의 권선밀도와 길이 및 개수, 및 상기 연결부의 길이와 개수 중 적어도 하나는 상기 안테나의 설치 위치에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 열차 위치 측정 장치.
  14. 삭제
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