KR102029043B1 - 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도의 레일에 장착되어 윤중(輪重), 횡압(橫壓), 가속도, 상기 레일의 침수 여부, 상기 레일의 변위 여부, GPS, 상기 레일의 온도 변화를 실시간으로 측정하는 센서부; 상기 센서부와 연결되어 상기 센서부에 전력을 공급하는 전원공급장치; 및 상기 센서부 및 상기 전원공급장치와 연결되어 서버 또는 개인용 단말기와 통신 가능한 무선통신모듈을 포함하며, 상기 센서부와 상기 전원공급장치 및 상기 무선통신모듈은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하여, 기존의 유선 센서와 계측기를 채용한 장치에 비해 작업 공수를 대폭 줄여 설치 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치 및 방법{INTEGRATED SENSING AND MONITORING DEVICE AND METHOD FOR RAIL OF RAILWAY}

본 발명은 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 윤중, 횡압, 가속도, 침수감지, 변위센서, GPS, 온도 등의 센서부와 측정기, 전원공급 및 무선통신모듈이 내장된 장치를 레일에 부착하여 이 장치로부터 측정된 데이터를 블록체인 등과 같은 P2P망의 분산 데이터베이스에 전송하여 원격 모니터링이 가능하도록 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.

고속철도 궤도는 크게 레일, 체결장치, 콘크리트 슬래브 또는 도상자갈 등으로 구성되지만, 신설되는 고속철도는 더 이상 자갈을 사용하지 않고 콘크리트 슬래브를 사용하여 궤도를 구축하고 있다.

최근 부설하는 고속철도의 경우 자갈보다는 콘크리트 슬래브를 채택하기 때문에 노반 침하가 발생하는 경우 자갈도상은 유지보수 등의 대응이 가능하지만 콘크리트 슬래브는 균열이 발생하거나 슬래브 부등 처짐이 발생하기 때문에 대응이 어려워 노반 침하 구간에 대해서는 궤도의 지속적인 모니터링이 필요하다.

등록특허 제10-0782319호의 "철도 구조물의 안전 진단을 위한 레일 계측의 모니터링 장치"(이하 선행기술)를 포함하는 현재의 고속철도 철도 궤도 모니터링 시스템 대부분은 그 비용이 높고 여러 센서를 부재에 각각 부착하고 유선으로 측정기에 연결하는 형태로 운영된다.

그러나 유선케이블을 연결한 측정방식은 초기설치비용이 크고 유선 가설에 따른 어려움이 따른다.

또한 고속철도의 경우 레일에 흐르는 열차제어용 통신 신호, 열차 상부 전차선에서 발생하는 아크(불꽃)등이 노이즈로 작용한다.

이러한 노이즈는 센서 및 케이블에 강하게 침투하기 때문에 측정품질이 매우 저하된다.

특히 이 노이즈는 열차하중으로 인한 센서 반응 신호보다 더 큰 신호 크기를 가져 측정데이터의 품질을 상당히 저하시킨다.

전원 통신 부문에서도 고속철도를 따라 전원 및 통신선이 가설되어 있으나 이 기반시설은 열차운행에 관련되는 기기만 연결할 수 있는 폐쇄망이기 때문에 궤도 모니터링 센서와 같은 외부기기 연결이 불가하다.

따라서 궤도 모니터링 시스템를 위해서는 전기 및 통신은 별도망으로 구축해야 한다.

이러한 통신 및 전원을 위한 가설공사는 철도 관리주체의 행정적인 허락 및 인입 공사를 해야하는 어려움이 있다.

일반적으로 철도 선로 주변에는 전원 및 통신 인프라가 거의 없기 때문에 자체적으로 시공할 경우 상당한 금액이 발생되며 심지어 총 시스템 구축비의 50% 이상이 이러한 전원 통신 인프라 구축에 사용되는 경우가 빈번하다.

철도에서의 측정기기 및 센서 설치 작업은 운행시간 이외의 차단 4시간안에 설치가 이루어져야 하기 때문에 설치자체가 어렵거나 불가능한 경우가 많다.

이러한 이유 때문에 고속철도의 궤도 모니터링시스템 설치의 대부분의 시간은 통신 및 전원선 가설 등에 소요된다.

유선전원 및 통신을 사용할 경우 케이블이 노출되어 절단, 훼손 등으로 인해 장애가 발생하는 문제도 있다.

등록특허 제10-0782319호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 기존의 유선 센서와 계측기를 채용한 장치에 비해 작업 공수를 대폭 줄여 설치 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 철도의 레일에 장착되어 윤중(輪重), 횡압(橫壓), 가속도, 상기 레일의 침수 여부, 상기 레일의 변위 여부, GPS, 상기 레일의 온도 변화를 실시간으로 측정하는 센서부; 상기 센서부와 연결되어 상기 센서부에 전력을 공급하는 전원공급장치; 및 상기 센서부 및 상기 전원공급장치와 연결되어 서버 또는 개인용 단말기와 통신 가능한 무선통신모듈을 포함하며, 상기 센서부와 상기 전원공급장치 및 상기 무선통신모듈은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 센서부와 상기 전원공급장치 및 상기 무선통신모듈이 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상기 철도차량의 차량바퀴가 접촉하여 통과하는 상기 레일의 헤드를 받침 지지하는 네크부와, 상기 네크부의 하부에 연장되어 상기 헤드로부터 가해지는 압력 및 하중을 분산 지지하는 플랜지를 동시에 감싸는 재킷을 더 포함한다.

이때, 상기 재킷은, 상기 센서부의 일부가 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상기 네크부의 양면을 감싸는 상부 피복체와, 상기 센서부의 일부가 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상기 상부 피복체의 하단부 가장자리로부터 각각 연장되어 상기 플랜지의 상면과 바닥면을 감싸는 하부 피복체와, 상기 센서부의 일부와 상기 전원공급장치 및 상기 무선통신모듈이 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상기 하부 피복체의 하면으로부터 연장되는 하부 연장체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 센서부는, 상기 레일의 헤드로부터 가해지는 상기 철도차량의 차량바퀴의 수직 하중을 측정하는 윤중센서와, 상기 레일의 헤드로부터 가해지는 상기 철도차량의 하중으로 인한 상기 레일의 수평 하중을 측정하는 횡압센서와, 상기 레일의 피로 및 노화 상태를 확인하기 위하여 상기 철도차량의 하중에 대한 응답주파수의 변화량을 측정하는 가속도센서와, 상기 레일에 상기 재킷이 최초에 설치되거나 설치된 위치를 옮겼을 때의 위치 변동을 파악하기 위한 GPS센서와, 상기 레일이 강우시 침수되었는지 여부를 감지하는 침수감지센서와, 상기 레일의 곡선 구간이나 상기 철도차량의 과속 여부에 따라 상기 플랜지의 하면이 설정값보다 과다하게 처지는지의 여부를 감지하는 레일변위센서와, 상기 레일의 온도 변화를 실시간으로 감지하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 연장체에 장착되고, 상기 센서부와 상기 전원공급장치 및 무선통신모듈과 연결되어 상기 레일에 철도차량이 통과할 때 상기 철도차량의 상기 윤중을 감지하여 상기 윤중, 상기 횡압, 상기 가속도의 감지를 유도하는 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은, 윤중(輪重), 횡압(橫壓), 가속도, 레일의 침수 여부, 상기 레일의 변위 여부, GPS, 상기 레일의 온도 변화를 포함하는 센싱 정보를 실시간으로 측정하는 센서부와, 상기 센서부에 전력을 공급하는 전원공급장치와, 상기 센서부 및 상기 전원공급장치와 연결되어 통신 가능한 무선통신모듈이 일체로 장착된 재킷을 철도의 레일에 장착하는 제1 단계; 상기 레일에 철도차량이 지날 때 상기 센서부가 상기 센싱 정보를 측정하여 상기 무선통신모듈을 통해 서버 또는 개인용 단말기의 데이터베이스로 전송하는 제2 단계; 및 상기 데이터베이스로 전송된 상기 센싱 정보를 상기 서버 또는 상기 개인용 단말기의 디스플레이부를 통하여 출력하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 방법을 제공할 수도 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 센서부와 전원공급장치 및 무선통신모듈을 일체화하여 레일에 장착함으로써, 고가의 측정기와 유선 통신 인프라 구축을 위한 케이블과 망 구축에 막대한 비용이 들었던 선행기술에 비하여 작업 공수를 대폭 줄이고 설치 시간과 비용을 대폭적으로 절감하여 초기 구축비를 절감하는 효과를 도모할 수 있다.

특히, 철도차량용 레일에 설치되는 윤중, 횡압, 가속도, 침수, 온도, 변위, 위치(GPS) 센서는 각각 별도로 설치되고 유선으로 측정기에 연결하여 측정하고 별도의 통신장치를 통해 서버로 전송하는 선행기술을 포함한 기존의 기술에 비하여, 본 발명은 레일에 설치되는 센서부와 측정기 및 무선통신모듈과 전원공급장치를 하나의 재킷에 내장하여 레일에 부착함으로써 설치 및 유지보수의 용이성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 태양광셀을 이용한 태양광 발전에 의하여 전원공급장치의 공급 전력을 충당할 수 있으므로, 전원 케이블을 가설하거나 전기 가설을 일절 할 필요가 없으므로 원자재 낭비 및 설치 시간의 증대를 미연에 방지할 수 있게 될 것이다.

아울러, 본 발명은 무선통신모듈을 이용한 무선 통신에 의하여 서버 또는 개인용 단말기와 통신할 수 있게 되므로, 유선통신의 문제점으로 지적되었던 절단 또는 훼손으로 인한 통신장애 문제로부터 자유로와지게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치의 전체적인 연결 관계를 도시한 블록선도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치의 구조를 도시한 단면 개념도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치의 구조를 도시한 측면 개념도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

우선, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치의 전체적인 연결 관계를 도시한 블록선도이다.

또한, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치의 구조를 도시한 단면 개념도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치의 구조를 도시한 측면 개념도이다.

본 발명에 따른 센서 모니터링 장치(100)는 도시된 바와 같이 센서부(110)와 전원공급장치(120) 및 무선통신모듈(130)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

우선, 센서부(110)는 철도의 레일(400)에 장착되어 윤중(輪重), 횡압(橫壓), 가속도, 레일(400)의 침수 여부, 레일(400)의 변위 여부, GPS, 레일(400)의 온도 변화를 실시간으로 측정하는 것이다.

전원공급장치(120)는 센서부(110)와 연결되어 센서부(110)에 전력을 공급하는 것이다.

무선통신모듈(130)은 센서부(110) 및 전원공급장치(120)와 연결되어 서버(이하 미도시) 또는 개인용 단말기(이하 미도시)와 통신 가능한 것이다.

여기서, 센서부(110)와 전원공급장치(120) 및 무선통신모듈(130)은 일체로 형성되는 것을 파악할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

기존에는 센서류, 측정기, 전원부, 통신부을 각각 설치하여 철도 궤도를 모니터링 하였으나 초기투자비용, 설치어려움, 유지보수 등에 어려움이 있었다.

따라서 레일 일체형의 센서 모니터링 장치(100)가 해결하고자 하는 것은 센서류, 측정기, 전원부, 통신부를 하나의 기기로 하여 레일(400)에 일체형으로 설치함으로써 설치 및 유지보수에 편의를 도모한 것이다.

기존의 센싱 정보 관련 데이터는 물리적으로 존재하는 서버의 중앙 데이터베이스에 저장되었다.

하지만 중앙데이터베이스 서비스가 중단되거나 서비스가 종료되는 경우 현장 설치센서가 무용지물이 되는 경우가 빈번하였다.

따라서 본 발명은 P2P망과 같은 네트워크(200)를 통하여 측정데이터를 블록체인등의 분산 데이터베이스에 저장하도록 하였다.

따라서 본 발명은 중앙서버 없이 인터넷망을 통하여 다수의 분산 데이터베이스에 저장되어 서비스의 연속성이 좋다.

아울러 센서 모니터링 장치(100)도 P2P망의 일부가 되기 때문에 이 장치를 다수 설치하여 운영할 경우 센서 모니터링 장치(100)들 사이에도 센싱 정보를 상호 저장하므로, 하나의 센서 모니터링 장치(100)에 장애가 일어나더라도 센싱 정보는 보존될 수 있을 것이다.

어플리케이션(300)은 중앙데이터베이스가 아닌 분산 데이터베이스에 저장된 데이터를 표출함으로 서버 서비스가 종료되어도 측정데이터를 조회할 수 있다.

결국은 본 발명에 따른 센서 모니터링 장치(100)를 이용하여 데이터를 취득할 경우 서버 없이 P2P망에 저장되기 때문에 중앙 서버를 유지할 필요가 없어 서버 유지관리 비용이 필요 없다.

따라서 본 발명은 레일 일체형의 센서 모니터링 장치(100)만으로 서버없이 어플리케이션(300)에서 P2P망에 저장된 분산 데이터베이스(210)를 통하여 지속적으로 데이터를 조회할 수 있다는 장점이 있다.

즉, 본 발명은 센서부(110)와 측정기(140), 무선통신모듈(130), 태양광셀(150)이 일체화 되어 레일(400)에 부착되어 설치되며 측정 데이터는 무선통신모듈(130)을 통해 P2P망, 즉 네트워크(200)의 분산 데이터베이스(210)로 전송하고 어플리케이션(300)에서는 측정 모니터링결과를 디스플레이부(310)을 통해 표출한다.

본 발명에서는 중앙 서버가 없고 분산 데이터베이스(210)에 저장되어 측정 자료의 보존성이 뛰어나다.

또한 어플리케이션(300)도 분산데이터베이스에서 데이터를 전송받기 때문에 서버 장애나 서비스종료에 대하여 걱정할 필요가 없다.

무엇보다도 서버가 없어 지속적인 유지관리비용이 필요가 없어 레일 일체형 센서 모니터링 장치만 지속적으로 운영하여도 인터넷을 통하여 데이터를 조회할 수 있다는 장점이 있다.

분산 데이터베이스(210)에 저장되는 데이터는 블록체인등의 암호화 기술을 사용하기 때문에 보안성이 뛰어나며 데이터 위조 및 변조는 사실상 불가하다.

한편, 본 발명은 도 2 및 도 3과 같이 센서부(110)와 전원공급장치(120) 및 무선통신모듈(130)이 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 철도차량의 차량바퀴가 접촉하여 통과하는 레일(400)의 헤드(430)를 받침 지지하는 네크부(420)와, 네크부(420)의 하부에 연장되어 헤드(430)로부터 가해지는 압력 및 하중을 분산 지지하는 플랜지(410)를 동시에 감싸는 재킷(101)을 더 구비할 수도 있다.

재킷(101)은, 위에서부터 상부 피복체(101a)와 하부 피복체(101b) 및 하부 연장체(101c)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

우선, 상부 피복체(101a)는 센서부(110)의 일부가 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 네크부(420)의 양면을 감싸는 것이다.

하부 피복체(101b)는 센서부(110)의 일부가 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상부 피복체(101a)의 하단부 가장자리로부터 각각 연장되어 플랜지(410)의 상면과 바닥면을 감싸는 것이다.

하부 연장체(101c)는 센서부(110)의 일부와 전원공급장치(120) 및 무선통신모듈(130)이 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 하부 피복체(101b)의 하면으로부터 연장되는 것이다.

여기서, 상부 피복체(101a)의 내측면 상부에는 자석(102)이 각각 장착되어 네크부(420)에 상부 피복체(101a)가 자력(磁力)으로 부착되도록 할 수 있다.

한편, 센서부(110)는, 레일(400)의 헤드(430)로부터 가해지는 철도차량의 차량바퀴의 수직 하중을 측정하는 윤중센서(111)를 포함할 수 있다.

레일(400)의 높낮이가 달라지는 현상이 발생하거나, 곡선 주로에서 철도차량이 과속하는 경우에 윤하중(輪荷重)이 과도하게 커져서 철도차량의 주행 안정성이 나빠지게 된다.

윤중센서(111)는 이러한 레일(400)의 높낮이 변화나 철도차량의 과속으로 인한 윤하중의 과도한 증대 등을 실시간으로 감지하는 것이다.

그리고, 센서부(110)는, 레일(400)의 헤드(430)로부터 가해지는 철도차량의 하중으로 인한 레일(400)의 수평 하중을 측정하는 횡압센서(112)를 포함할 수 있다.

철도차량이 곡선 주로를 통과할 때 원심력에 의하여 레일(400)의 수평 하중이 증가하게 되고 일정 기준치를 초과하면 철도차량의 탈선 사고가 일어날 수 있기 때문에 횡압센서(112)는 이러한 수평 하중을 실시간으로 감지하여 설정값 범위 내인지 비교 분석을 위한 자료로서의 센싱 정보를 무선통신모듈(130)을 통하여 분산 데이터베이스(210)측으로 전송하게 될 것이다.

그리고, 센서부(110)는, 레일(400)의 피로 및 노화 상태를 확인하기 위하여 철도차량의 하중에 대한 응답주파수의 변화량을 측정하는 가속도센서(113)를 포함할 수 있다.

레일(400)은 수명이 있으며 노화시 철도차량의 하중에 대한 응답주파수가 달라지게 된다.

가속도센서(113)는 이러한 응답주파수의 변화량을 측정하여 레일(400)의 피로 상태 및 노화 상태를 확인하기 위하여 마련된 것이다.

그리고, 센서부(110)는, 레일(400)에 재킷(101)이 최초에 설치되거나 설치된 위치를 옮겼을 때의 위치 변동을 파악하기 위한 GPS센서(114)를 포함할 수 있다.

그리고, 센서부(110)는, 레일(400)이 강우시 침수되었는지 여부를 감지하는 침수감지센서(115)를 포함할 수 있다.

철도 선로가 강우로 인하여 침수될 경우에는 열차의 운행이 제한될 수 있다.

침수감지센서(115)는 이러한 침수 여부를 실시간으로 감시하여 센싱 정보를 주변을 지나는 철도차량 또는 관제실로 전송할 수 있을 것이다.

또한, 센서부(110)는, 레일(400)의 곡선 구간이나 철도차량의 과속 여부에 따라 플랜지(410)의 하면이 설정값보다 과다하게 처지는지의 여부를 감지하는 레일변위센서(116)를 포함할 수도 있다.

철도차량이 레일(400)을 통과하는 순간 레일(400)은 처지게 된다.

곡선 주로나 철도차량이 과속하거나, 레일(400)의 저면, 즉 플랜지(410)의 저면이 피로 파괴된 경우 레일(400)은 과도하게 처질 우려가 있다.

레일(400)이 과도하게 처질 경우 철도차량의 승차감은 저하되고 심한 경우 철도차량이 레일(400)로부터 탈선할 수도 있는 것이다.

레일변위센서(116)는 전술한 레일(400)의 제반 처짐 문제를 파악하고 적극적으로 신속하게 대응하기 위하여 마련된 것이다.

아울러, 센서부(110)는, 레일(400)의 온도 변화를 실시간으로 감지하는 온도센서(117)를 포함할 수도 있음은 물론이다.

하절기에는 대기온도가 상승하고 직사광선으로 인하여 레일(400)의 온도가 상승하게 된다.

레일(400)의 온도가 지나치게 상승하게 되면 레일(400)은 좌굴하거나 휘어지게 되어 철도차량의 주행 안정성에 심각한 위협이 될 수도 있다.

하절기 뿐만 아니라 일교차가 큰 계절에서는 레일(400)의 수축 및 이완이 극심하게 되므로 레일(400)에 피로가 누적되어 수명 단축의 요인이 되기도 하는 것이다.

따라서, 온도센서(117)는 실시간으로 레일(400) 온도를 측정함으로써 설정값 이상으로 측정된 경우 인근의 철도차량에게 주행 속도를 제한시키도록 하는 대응을 할 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명은 하부 연장체(101c)에 장착되고, 센서부(110)와 전원공급장치(120) 및 무선통신모듈(130)과 연결되어 레일(400)에 철도차량이 통과할 때 철도차량의 윤중을 감지하여 윤중, 횡압, 가속도의 감지를 유도하는 측정기(140)를 더 구비할 수도 있을 것이다.

측정기(140)는 철도차량이 레일(400)을 통과할 때 윤중을 감지하여 윤중센서(111), 횡압센서(112), 가속도센서(113) 등을 측정하도록 한다(트리거측정).

고속철도차량은 차량바퀴가 매우 빨리 통과하기 때문에 초당 1,000회 이상의 속도로 측정해야만 최대 윤중(차량바퀴에서 전달되는 연직 하중)을 감지할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 철도차량이 레일(400)을 통과할 때 초당 1,000회 이상 센서부(110)의 각 센서들이 측정토록 하고 최대 윤하중, 최대 횡하중, 최대 가속도 등을 측정하게 한다.

최대 윤하중은 레일(400)을 통과하는 연간 통과 톤수 등으로 적산할 수 있으며, 연간 통과 통수는 레일(400)의 잔존수명을 계산하거나, 레일(400)의 유지 보수 시점을 계산하는데 활용될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명은 하부 피복체(101b)의 상면, 즉 레일(400)의 플랜지(410)측에 장착되고, 태양광을 전기에너지로 변환하여 주간에 발전함으로써, 전원공급장치(120)로 전달하는 태양광셀(150)을 더 구비할 수도 있다.

전원공급장치(120)에는 태양광셀(150)과 연결되는 충전기나 배터리 등이 포함되어 야간이나 우천시에도 작동될 수 있게 한다.

무선통신모듈(130)은 재킷(101)에 내장되어 외부 통신선이 필요없다.

무선통신모듈(130)은 측정기(140)와도 연결되어 측정 결과를 무선통신을 통하여 서버 또는 개인용 단말기로 전달할 수 있을 것이다.

이러한 재킷(101)의 설치 방법은 다음과 같다.

우선, 레일(400)의 표면을 세정한 다음 에폭시 수지를 도포하고 상부 피복체(101a)를 벌려 플랜지(410) 및 네크부(420)에 끼운 다음, 자석(102)을 이용하여 네크부(420)의 양면에 상부 피복체(101a)가 부착 고정되게 함으로써 설치가 간단히 완료된다.

이러한 설치가 가능하도록 재킷(101)은 유연하고 탄성 변형 및 탄성 복원이 가능하되 내구성과 내열성 및 내화학성과 내충격성이 강한 소재로 제작할 수 있을 것이다.

즉, 재킷(101)은 레일(400)에 대하여 에폭시로 접착되고 자석(102)으로 결속되어 철도차량의 하중으로 인한 레일(400)의 변형에 센서부(110)의 각 센서들이 레일(400)과 일체로 거동하게 된다.

따라서, 레일(400)의 변형이 센서부(110)에 매우 잘 전달될 수 있으므로, 철도차량의 통과시에 레일(400)의 변형률이 센서부(110) 중 윤중센서(111)와 횡압센서(112) 및 가속도센서(113) 등에도 잘 전달될 수 있는 것이다.

침수감지센서(115)는 하부 연장체(101c)의 하부측에서 콘크리트 슬래브(500)까지 설치되어 레일(400)까지의 침수 여부를 측정할 수 있게 한다.

레일변위센서(116)도 하부 연장체(101c)의 하부측에서 콘크리트 슬래브(500)까지 설치되어 콘크리트 슬래브(500)를 고정점으로 하고 철도차량의 하중에 따른 레일(400)의 연직 변위를 측정할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 방법에 관하여 다음과 같이 살펴보고자 한다.

우선, 작업자는 윤중(輪重), 횡압(橫壓), 가속도, 레일(400)의 침수 여부, 레일(400)의 변위 여부, GPS, 레일(400)의 온도 변화를 포함하는 센싱 정보를 실시간으로 측정하는 센서부(110)와, 센서부(110)에 전력을 공급하는 전원공급장치(120)와, 센서부(110) 및 전원공급장치(120)와 연결되어 통신 가능한 무선통신모듈(130)이 일체로 장착된 재킷(101)을 철도의 레일(400)에 장착하게 된다(제1 단계).

다음으로, 철도차량이 레일(400)을 지날 때 센서부(110)가 센싱 정보를 측정하여 무선통신모듈(130)을 통해 서버 또는 개인용 단말기의 데이터베이스(210)로 전송하게 된다(제2 단계).

이후, 데이터베이스(210)로 전송된 센싱 정보는 서버 또는 개인용 단말기에 설치된 어플리케이션(300)의 형태를 빌어서 디스플레이부(310)를 통하여 출력되는 것이다(제3 단계).

여기서, 데이터베이스(210)는, 센서부(110)로부터의 센싱 정보를 서버 또는 개인용 단말기를 포함하는 네트워크(200)상의 회원계정 단말기 사이에 센싱 정보가 기록되는 블록체인(block-chain) 상에 기록되는 분산 데이터베이스임은 전술한 바와 같다.

이때, 블록체인 상에 기록된 센싱 정보 및 레일(400)의 수리나 교체 또는 점검을 포함하는 레일(400)의 유지 관리 업무 처리를 블록체인 상에서 승인처리된 경우에 한하여 이루어지도록 할 수도 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명은 기존의 유선 센서와 계측기를 채용한 장치에 비해 작업 공수를 대폭 줄여 설치 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...센서 모니터링 장치
101...재킷
101a...상부 피복체
101b...하부 피복체
101c...하부 연장체
102...자석
110...센서부
111...윤중센서
112...횡압센서
113...가속도센서
114...GPS센서
115...침수감지센서
116...레일변위센서
117...온도센서
120...전원공급장치
130...무선통신모듈
140...측정기
150...태양광셀
200...네트워크
210...데이터베이스
300...어플리케이션
310...디스플레이부
400...레일
410...플랜지
420...네크부
430...헤드
500...콘크리트 슬래브

Claims (6)

1. 철도의 레일에 장착되어 윤중(輪重), 횡압(橫壓), 가속도, 상기 레일의 침수 여부, 상기 레일의 변위 여부, GPS, 상기 레일의 온도 변화를 실시간으로 측정하는 센서부;
   상기 센서부와 연결되어 상기 센서부에 전력을 공급하는 전원공급장치;
   상기 센서부 및 상기 전원공급장치와 연결되어 서버 또는 개인용 단말기와 통신 가능한 무선통신모듈을 포함하며,
   상기 센서부와 상기 전원공급장치 및 상기 무선통신모듈은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하며,
   상기 센서부와 상기 전원공급장치 및 상기 무선통신모듈이 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 철도차량의 차량바퀴가 접촉하여 통과하는 상기 레일의 헤드를 받침 지지하는 네크부와, 상기 네크부의 하부에 연장되어 상기 헤드로부터 가해지는 압력 및 하중을 분산 지지하는 플랜지를 동시에 감싸는 재킷을 더 포함하며,
   상기 재킷은,
   상기 센서부의 일부가 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상기 네크부의 양면을 감싸는 상부 피복체와,
   상기 센서부의 일부가 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상기 상부 피복체의 하단부 가장자리로부터 각각 연장되어 상기 플랜지의 상면과 바닥면을 감싸는 하부 피복체와,
   상기 센서부의 일부와 상기 전원공급장치 및 상기 무선통신모듈이 장착되는 공간과 면적을 제공하며, 상기 하부 피복체의 하면으로부터 연장되는 하부 연장체를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 센서부는,
   상기 레일의 헤드로부터 가해지는 상기 철도차량의 차량바퀴의 수직 하중을 측정하는 윤중센서와,
   상기 레일의 헤드로부터 가해지는 상기 철도차량의 하중으로 인한 상기 레일의 수평 하중을 측정하는 횡압센서와,
   상기 레일의 피로 및 노화 상태를 확인하기 위하여 상기 철도차량의 하중에 대한 응답주파수의 변화량을 측정하는 가속도센서와,
   상기 레일에 상기 재킷이 최초에 설치되거나 설치된 위치를 옮겼을 때의 위치 변동을 파악하기 위한 GPS센서와,
   상기 레일이 강우시 침수되었는지 여부를 감지하는 침수감지센서와,
   상기 레일의 곡선 구간이나 상기 철도차량의 과속 여부에 따라 상기 플랜지의 하면이 설정값보다 과다하게 처지는지의 여부를 감지하는 레일변위센서와,
   상기 레일의 온도 변화를 실시간으로 감지하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 연장체에 장착되고, 상기 센서부와 상기 전원공급장치 및 무선통신모듈과 연결되어 상기 레일에 철도차량이 통과할 때 상기 철도차량의 상기 윤중을 감지하여 상기 윤중, 상기 횡압, 상기 가속도의 감지를 유도하는 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 레일용 일체형 센서 모니터링 장치.
   
6. 삭제

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