KR102053918B1

KR102053918B1 - 무인기 그리고 이를 이용한 철도시설 점검 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102053918B1
Application number: KR1020180130222A
Authority: KR
Inventors: 김원국; 신진교
Original assignee: 주식회사 포드론; 김원국; 신진교
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2019-12-09

Abstract

본 발명은 무인기를 이용한 철도시설 점검 시스템 및 방법에 관한 것으로, 관제 서버와 무선 통신을 수행하는 통신부, 철도의 선로를 따라 점검운행을 실시하는 차량 제어부, 상기 선로를 점검하기 위한 선로 정보를 획득하는 감지부, 상기 선로 주변의 영상을 촬영하는 영상 감시부, 및 상기 선로를 따라 주행하며 획득한 선로 정보 및 영상 정보를 상기 관제 서버로 전송하도록 상기 통신부에 지시하는 처리부를 포함하는 무인기, 및 상기 무인기를 통해 획득한 선로 정보 및 영상 정보를 토대로 선로 상태를 점검 및 관리하는 관제 서버를 포함한다.

Description

무인기 그리고 이를 이용한 철도시설 점검 시스템 및 방법{UNMANNED VEHICLE, SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING RAILWAY FACILITIES USING UNMANNED VEHICLE}

본 발명은 무인기 그리고 이를 이용한 철도시설 점검 시스템 및 방법에 관한 것이다.

지하철 및 모노레일 등과 같은 철도차량은 한번에 많은 승객이 탑승하는 교통수단이다. 이러한 철도차량이 주행하는 선로 및 선로변 설비 등의 철도시설에 결함이 발생하는 경우 대형 사고로 이어질 수 있다. 따라서, 점검자들이 철도차량이 운행되지 않는 시간에 철도차량 및 선로를 순회하며 점검하고 있다.

그러나, 이러한 점검 방식은 한정된 시간 내 점검자가 선로를 순회하며 육안으로 철도시설을 점검해야 하므로 작업 효율성 및 안전성이 저하된다. 또한, 종래기술은 점검자의 경험치에 따른 주관적인 판단에 의존하므로 철도시설에 대한 정확한 상태 분석이 제한된다. 이에, 철도시설에 대한 점검이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 연구들이 계속되고 있다.

KR 101308150 B1

본 발명은 철도시설을 점검 및 관리하는 무인기, 그리고 이를 이용한 철도시설 점검 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인기는 관제 서버와 무선 통신을 수행하는 통신부, 철도의 선로를 따라 점검운행을 실시하는 차량 제어부, 상기 선로를 점검하기 위한 선로 정보를 획득하는 감지부, 상기 선로 주변의 영상을 촬영하는 영상 감시부, 및 상기 선로를 따라 주행하며 획득한 상기 선로 정보 및 상기 영상을 상기 관제 서버로 전송하도록 상기 통신부에 지시하는 처리부를 포함한다.

상기 감지부는, 진동계측기를 통해 선로의 진동 상태를 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 감지부는, 스마트 센서를 이용하여 선로 주변의 온도, 습도, 연기 및 가스 누출을 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 감지부는, 균열감지 직하센서를 통해 선로의 균열을 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 영상 감시부는, 상기 무인기의 전방, 측방 및 후방에 각각 설치되는 카메라를 통해 영상을 획득하고 획득된 영상들을 활용하여 AVM 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 영상 감시부는, 열영상 카메라, CCTV 및 VR 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 선로 주변의 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도시설 점검 시스템은 무인기를 모니터링하며 관리하는 무인기 관리 서버, 및 상기 무인기를 통해 획득한 선로 정보를 토대로 선로 상태를 점검 및 관리하는 관제 서버를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도시설 점검 방법은 관제 서버가 무인기에 점검운행을 지시하는 단계, 상기 무인기가 철도의 선로를 따라 주행을 개시하는 단계, 상기 무인기가 주행하며 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계, 상기 무인기가 획득된 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 상기 관제 서버로 전송하는 단계, 및 상기 관제 서버가 상기 획득된 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 토대로 상기 선로의 상태를 점검하는 단계를 포함한다.

상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서, 상기 무인기가 진동계측기를 통해 선로의 진동 상태를 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서, 상기 무인기가 스마트 센서를 이용하여 온도, 습도, 연기 및 가스 누출을 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서, 상기 무인기가 균열감지 직하센서를 통해 선로의 균열을 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서, 상기 무인기는 전방, 측방 및 후방에 각각 설치되는 카메라를 통해 영상을 획득하고 획득된 영상들을 활용하여 AVM 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서, 상기 무인기는 열영상 카메라, CCTV 및 VR 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 선로 주변의 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 철도용 무인기를 이용하여 철도시설에 대한 정보를 획득하고 획득한 정보를 분석하여 철도시설의 상태를 점검하므로, 안전하고 정확하게 철도시설의 상태를 점검할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 철도시설을 점검하는 작업 효율성 및 안전성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도시설 점검 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 무인기의 블록구성도.
도 3은 도 1에 도시된 무인기 관리 서버를 도시한 블록구성도.
도 4은 도 1에 도시된 관제 서버의 블록구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도시설 점검 방법을 도시한 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인기 관리 방법을 도시한 흐름도.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 철도(궤도)용 무인기 즉, 레일 드론(rail drone)을 이용하여 철도시설(예: 선로)을 점검 및 관리하는 기술에 관한 것으로, 레일 드론을 통해 선로 상태 및 신호통신 상태를 점검하는 방식을 제시한다. 또한, 본 발명은 레일 드론에 탑재된 카메라를 활용하여 철도시설의 영상모니터링을 가능하게 한다. 본 발명은 고속철도, 전기철도, 모노레일, 트램, 및/또는 전동열차 등의 안전 운행을 위한 철도시설을 점검하는데 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도시설 점검 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 철도시설 점검 시스템은 네트워크를 통해 연결되는 무인기(100), 무인기 관리 서버(200) 및 관제 서버(300)를 포함한다. 여기서, 네트워크 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(WiFi), Wibro(Wireless broadband) 및/또는 Wimax(World Interoperability for Microwave Access) 등의 무선 인터넷 기술, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 이더넷(Ethernet) 및/또는 ISDN(Integrated Services Digital Network) 등의 유선 인터넷 기술, 및/또는 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile communication), LTE(Long Term Evolution) 및/또는 LTE-Advanced 등의 이동 통신 기술 등이 이용될 수 있다.

무인기(100)는 철도의 선로를 따라 주행하며 본체에 탑재된 계측수단(센서 포함)을 활용하여 철도시설 정보(선로 정보)를 획득(수집)한다. 무인기(100)는 본선 레일의 안쪽 또는 바깥쪽에 설치되는 가드 레일(guard rail)을 따라 주행하거나 또는 본선 레일을 따라 주행할 수 있다.

여기서, 철도시설 정보(선로 정보)는 레일의 진동 상태, 레일의 균열 감지 여부, 레일 기울기, 레일 간 거리 및 레일 주변의 온도, 습도, 연기 및 가스 누출 감지 여부 등의 선로 상태 정보 및 선로의 주변 영상 등을 포함할 수 있다.

무인기(100)는 계측수단에 의해 획득된 철도시설 정보 및 주변 영상을 관제 서버(300)로 전송한다. 무인기(100)는 정해진 주기로 획득된 철도시설 정보 및 주변 영상을 전송한다. 무인기(100)는 주변 영상을 AVM(Around View Monitoring) 영상 및/또는 VR(Virtual Reality) 영상 등의 형태로 전송할 수 있다.

무인기 관리 서버(200)는 무인기 보관소에 보관 및 관리되는 적어도 하나 이상의 무인기(100)를 모니터링 및 관리한다. 무인기 관리 서버(200)는 무인기(100)의 충전 상태 및 계류 상태 등을 모니터링 한다.

또한, 무인기 관리 서버(200)는 관제 서버(300)의 요청에 따라 철도시설 점검 운행을 수행할 무인기(100)를 배정(결정)한다. 무인기 관리 서버(200)는 철도시설 점검 운행을 행하고 복귀하는 무인기(100)의 상태를 점검한다. 무인기 관리 서버(200)는 무인기(100)별 점검 운행 이력 및 무인기(100)의 점검 이력을 관리한다.

관제 서버(300)는 무인기(100)를 통해 수집한 철도시설 정보를 토대로 철도시설을 점검한다. 다시 말해서, 관제 서버(300)는 철도시설 정보를 분석하여 철도시설의 상태를 점검하여 이상 유무를 결정한다. 관제 서버(300)는 철도시설의 상태 점검 결과를 관리자가 인지할 수 있는 형태로 출력한다. 예를 들어, 관제 서버(300)는 관제실의 대형표시수단에 구간별 계측그래프 및 실시간 영상 정보를 표시한다. 또한, 관제 서버(300)는 철도시설의 이상(결함)이 확인되면 관리자에게 문자 메시지 및/또는 푸시(push) 메시지 등을 전송할 수도 있다.

관제 서버(300)는 무인기(100)로부터 전송되는 위치 정보 및 기준점 정보를 수집하여 무인기(100)의 위치 및 속도를 지속적으로 확인한다. 또한, 관제 서버(300)는 열차 내 TCMS(Train Control Management System) 및 지상신호 검지설비를 통해 각 편성 열차의 위치와 속도를 연속적으로 확인한다. 여기서, 지상신호 검지설비는 열차 진입 속도 검지 센서(Radar Sensor, RS), 출발 감지 센서(Departure Limit Sensor, DLS) 및 도착 감지 센서(Arrival Limit Sensor, ALS) 등을 포함한다. 이러한 지상신호 검지설비는 EID(Electronic Interlocking Device)를 통해 관제 서버(300)와 연결된다.

도 2는 도 1에 도시된 무인기(100)의 블록구성도를 도시한다.

도 2를 참조하면, 무인기(100)는 통신부(110), 위치 측정부(120), 감지부(130), 영상 감시부(140), 메모리(150), 경고 출력부(160), 차량 제어부(170) 및 처리부(180)를 포함한다.

통신부(110)는 무인기 관리 서버(200) 및 관제 서버(300)와 무선 통신을 수행한다. 통신부(110)는 유/무선 인터넷 기술 및 이동 통신 기술 외 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband) 및 지그비(ZigBee) 등의 근거리 통신 기술을 이용할 수도 있다.

또한, 통신부(110)는 원격조정장치(remote controller) 또는 지상제어장치(Ground Control System, GCS)와 통신할 수도 있다. 지상제어장치는 관제실에 설치되며 관리자가 무인기(100)을 수동으로 조정할 수 있게 지원한다.

통신부(110)는 서로 상이한 통신 기술을 이용하는 둘 이상의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(110)는 이동 통신망에 접속을 지원하는 제1통신모듈 및 무선 인터넷망에 접속을 지원하는 제2통신모듈을 포함하고, 제1통신모듈 및 제2통신모듈 중 어느 하나의 통신모듈에 고장이 발생하면 나머지 통신모듈을 통해 통신을 수행한다.

위치 측정부(120)는 무인기(100)의 현재 위치를 측정한다. 위치 측정부(120)는 GPS(Global Positioning System) 수신기로 구현될 수 있다. GPS 수신기(120)은 GPS 위성들로부터 송신되는 신호를 이용하여 무인기(100)의 현재 위치를 산출한다. GPS 수신기(120)은 위성에서 신호를 송신한 시간과 GPS 수신기(120)에서 신호를 수신한 시간의 시간차를 이용하여 위성과 GPS 수신기(120) 간의 거리를 산출한다. GPS 수신기(120)은 산출된 위성과 GPS 수신기(120) 간의 거리 및 송신된 신호에 포함된 위성의 위치 정보를 이용하여 무인기(100)의 현재위치를 산출한다. 이때, GPS 수신기(120)은 삼각측량법을 이용하여 현재위치를 산출한다.

또한, 위치 측정부(120)는 거리계, 출발시점부터 도착시점까지의 시간차, 또는 차륜 구동모터의 회전수 등을 이용하여 현재위치를 산출할 수도 있다.

감지부(130)는 무인기(100)에 탑재되는 계측수단(계측기 및 센서 등)을 통해 철도시설 정보를 획득한다. 감지부(130)는 진동 계측기(진동 센서), 스마트 센서 및 균열감지 직하센서를 포함한다. 감지부(130)는 무인기(100)의 좌우에 각각 배치되는 진동 계측기를 통해 레일의 진동 상태를 감지한다. 감지부(130)는 스마트 센서를 이용하여 레일 주변 즉, 선로 주변의 온도, 습도, 연기 및 가스 누출 등을 감지하고, 균열감지 직하센서를 통해 레일의 균열을 감지한다.

감지부(130)는 충돌감시센서, 기울기 센서, 거리계, 및 자이로 센서 등을 포함할 수도 있다. 충돌감시센서는 무인기(100)의 전후방에 각각 설치되어 무인기(100) 간의 충돌을 방지에 이용된다. 기울기 센서는 레일의 기울기를 측정하고, 거리계는 레일 간의 거리를 측정한다.

영상 감시부(140)는 무인기(100)에 탑재된 적어도 하나 이상의 카메라를 이용하여 선로 주변의 영상을 획득한다. 카메라는 무인기(100)의 전방, 측방 및 후방에 각각 설치될 수 있다. 카메라는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서(image sensor), CMOS(complementary metal oxide semi-conductor) 이미지 센서, CPD(charge priming device) 이미지 센서 및 CID(charge injection device) 이미지 센서 등과 같은 이미지 센서들 중 적어도 하나 이상의 이미지 센서를 포함할 수 있다.

또한, 영상 감시부(140)는 열영상 카메라, CCTV(Closed Circuit Television) 및/또는 360도 VR(Virtual Reality) 카메라 등을 이용하여 선로 주변의 영상을 획득할 수도 있다.

영상 감시부(140)는 카메라를 통해 획득한 영상에 대한 노이즈 제거, 컬러 재현, 파일 압축, 화질 조절 및 채도 조절 등의 이미지 처리를 수행하는 이미지 처리기(미도시) 및 영상 저장을 위한 전용 메모리(휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리 등)(미도시)를 포함할 수 있다. 영상 감시부(140)의 이미지 처리기는 카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 AVM 영상 및/또는 VR 영상을 생성할 수 있다.

영상 감시부(140)는 처리부(180)에 의해 설정된 감시 범위 내 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 감시 범위는 감지부(130)에 의해 획득된 철도시설 정보에 기초하여 설정될 수 있다. 예컨대, 처리부(180)가 감지부(130)를 통해 신호기 오작동을 감지하여 감시 범위를 신호기 주변으로 설정하면, 영상 감시부(140)는 처리부(180)의 제어에 따라 설정된 신호기 주변 영상을 획득한다.

메모리(150)는 처리부(180)가 정해진 동작을 수행하도록 프로그래밍된 소프트웨어, 이미지 처리 알고리즘 및 자율주행 알고리즘 등을 저장한다. 메모리(150)는 감지부(130) 및 영상 감시부(140)로부터 출력되는 철도시설 정보 및 영상 정보를 저장한다. 또한, 메모리(150)는 처리부(180)의 입력 및/또는 출력 데이터를 임시 저장할 수 있다.

메모리(150)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), PROM(Programmable ReadOnly Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), EPROM(Erasable and Programmable ROM), 레지스터 및 착탈형 디스크 등의 저장매체 중 적어도 하나 이상의 저장매체(기록매체)로 구현될 수 있다.

경고 출력부(160)는 메모리(150)에 저장된 경고음 및 경고 메시지 등을 출력할 수 있다. 경고 출력부(160)는 리시버(receiver), 스피커(speaker), 및/또는 버저(buzzer) 등을 포함할 수 있다.

차량 제어부(170)는 무인기(100)의 주행을 제어한다. 차량 제어부(170)는 처리부(180)의 지시에 따라 모터와 같은 구동장치를 제어하여 무인기(100)의 속도를 조절한다. 다시 말해서, 차량 제어부(170)는 레일을 따라 주행하는 무인기(100)의 가속 또는 감속을 제어한다.

차량 제어부(170)는 자이로 센서를 활용하여 주행 구간이 직선 구간인지 곡선 구간인지를 판단하여 그 판단결과에 따라 무인기(100)의 주행 속도를 조절한다. 이러한 차량 제어부(170)는 차량 제어 유닛(Vehicle Control Unit, VCU)으로 구현될 수 있다.

또한, 차량 제어부(170)는 관제 서버(300)로부터 전송되는 제어 신호에 따라 무인기(100)의 주행을 제어한다.

처리부(180)는 무인기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 처리부(180)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로 컨트롤러(microcontrollers) 및 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 처리부(180)는 차량종합제어장치(Train Control Management System, TCMS)로 구현될 수 있다.

처리부(180)는 차량 제어부(170)를 통해 무인기(100)의 자율 주행을 수행한다. 처리부(180)는 자율 주행을 하며 감지부(130) 및 영상 감시부(140)를 통해 획득한 철도시설 정보 및 영상을 통신부(110)를 통해 관제 서버(300)로 전송한다. 처리부(180)는 정해진 주기로 획득된 철도시설 정보 및 영상 정보를 관제 서버(300)로 전송한다.

처리부(180)는 감지부(130) 및 영상 감시부(140)를 통해 획득한 철도시설 정보 및 영상 정보를 토대로 무인기의 속도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 처리부(180)는 감지부(130) 및 영상 감시부(140)를 통해 철도시설의 이상을 감지하면 차량 제어부(170)를 통해 무인기의 주행 속도를 감속시키고, 철도시설의 이상이 감지된 구간을 통과하면 이상 감지 전 주행 속도로 복귀시킨다.

이러한 무인기(100)는 도면에 도시하지 않았으나 배터리, 충방전 회로, 서치 라이트 및 견인고리 등을 포함할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 무인기 관리 서버(200)를 도시한 블록구성도이다.

도 3을 참조하면, 무인기 관리 서버(200)는 통신부(210), 계류부(220), 모니터링부(230), 메모리(240), 충전부(250) 및 처리부(260)를 포함한다.

통신부(210)는 유/무선 인터넷 기술, 이동 통신 기술 및 근거리 통신 기술 중 적어도 하나 이상의 통신 기술을 이용하여 무인기(100) 및 관제 서버(300)와 데이터를 주고 받는다.

계류부(220)는 크레인(미도시)을 조정하여 무인기 보관소에 마련된 격납고에 무인기(100)를 계류한다. 계류부(220)는 주박장치를 통해 무인기(100)를 격납고에 안전하게 고정시킨다. 계류부(220)는 전자연동장치(Electronic Interlocking Device, EID)와 연동하여 무인기(100)의 계류 상태를 처리부(260)로 전송한다.

모니터링부(230)는 무인기(100)의 차량 상태, 충전 상태 및 덮개 상태 등을 점검한다. 모니터링부(230)는 무인기(100)의 상태 점검 결과를 처리부(260)로 전송한다.

메모리(240)는 처리부(260)의 동작을 수행하기 위한 프로그램을 저장한다. 메모리(240)는 무인기별 상태 점검 이력을 저장할 수 있고, 처리부(260)의 입력 및/또는 출력 데이터를 저장할 수도 있다.

메모리(240)는 플래시 메모리, 하드디스크, SD 카드, RAM, SRAM, ROM, PROM, EEPROM, EPROM, 레지스터, 착탈형 디스크 및 웹 스토리지(web storage) 등의 저장매체 중 적어도 하나 이상의 저장매체(기록매체)로 구현될 수 있다.

충전부(250)는 무인기(100)를 유선 및/또는 무선 충전을 지원한다. 예컨대, 충전부(250)는 충전 포트에 연결되는 무인기(100)로 충전 전력을 공급한다. 무인기(100)는 충전부(250)로부터 공급되는 충전 전력을 이용하여 배터리(미도시)를 충전한다.

처리부(260)는 무인기(100)의 복귀를 확인하면 크레인을 조정하여 격납고에 무인기(100)를 수납한다.

처리부(260)는 관제 서버(300)의 철도시설 점검 요청에 따라 철도시설 점검을 수행할 무인기(100)를 배정하고, 크레인을 제어하여 배정된 무인기(100)를 선로에 위치시킨다.

이러한 처리부(260)는 ASIC, DSP, PLD, FPGAs, CPU, 마이크로 컨트롤러 및 마이크로 프로세서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 4은 도 1에 도시된 관제 서버(300)의 블록구성도이다.

관제 서버(300)는 무인기(100)를 통해 계측한 정보를 기반으로 철도시설을 점검하는 것으로, 자율주행열차 제어 시스템(Smart Train Control System, STCS)으로 구현될 수 있다. 관제 서버(300)는 통신부(310), 입력부(320), 메모리(330), 저장부(340), 표시부(350), 사운드 출력부(360) 및 처리부(370)를 포함한다.

통신부(310)는 유/무선 인터넷 기술, 이동 통신 기술 및 근거리 통신 기술 중 적어도 하나 이상의 통신 기술을 이용하여 무인기(100) 및 무인기 관리 서버(200)와 통신을 수행한다. 통신부(310)는 무인기(100)로부터 전송되는 철도시설 정보 및 영상 정보를 수신한다. 통신부(310)는 무인기(100)를 원격으로 제어하기 위한 제어신호를 전송한다.

통신부(310)는 서로 다른 통신망에 접속을 지원하는 둘 이상의 통신 모듈을 구비할 수 있다. 예컨대, 통신부(310)는 LTE 통신 망에 접속을 지원하는 제1통신 모듈과 와이파이(Wi-Fi) 망에 접속을 지원하는 제2통신 모듈을 구비하고, 제1통신 모듈에 장애가 발생하는 경우 제2통신 모듈을 통해 데이터 통신을 수행한다.

입력부(320)는 사용자(관리자)의 입력을 수신하는 것으로, 조이스틱, 조그 휠, 키보드, 키패드, 버튼, 스위치, 터치 패드, 터치 스크린 및/또는 마이크 등으로 구현될 수 있다.

메모리(330)는 처리부(370)가 정해진 동작을 수행하도록 프로그래밍된 소프트웨어 및 처리부(370)의 입력 및/또는 출력 데이터를 저장한다. 메모리(330)는 빅 데이터(big data) 분석 알고리즘, 진동계측분석 소프트웨어, 그래프 작성 알고리즘, 이벤트 분석 알고리즘, 영상 분석 알고리즘, 열차 운행 스케줄 관리 알고리즘, 뷰어 프로그램, VPN(Video Privacy Management)과 같은 보안 프로그램 및 무인기 조정 프로그램 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(330)는 지도 데이터 및 구간별 속도 다이어그램과 운행통제 기준 파라미터의 기준치 및 한계치를 데이터베이스로 구축하여 저장한다.

메모리(330)는 플래시 메모리, 하드디스크, SD 카드, RAM, SRAM, ROM, PROM, EEPROM, EPROM, 레지스터, 착탈형 디스크 및 웹 스토리지 등의 저장매체 중 적어도 하나 이상의 저장매체(기록매체)로 구현될 수 있다.

저장부(340)는 무인기(100)로부터 제공되는 철도시설 정보 및 영상 정보를 저장한다. 저장부(340)는 플래시 메모리, 하드디스크, 착탈형 디스크, NVR(Network Video Recorder) 및 웹 스토리지 등의 저장매체 중 적어도 하나 이상의 저장매체로 구현될 수 있다.

표시부(350)는 처리부(370)의 동작에 따른 상태 및 결과를 표시한다. 표시부(350)는 철도시설 정보를 토대로 구간별 계측그래프를 표시할 수 있다. 표시부(350)는 처리부(370)의 제어에 따라 철도시설 상태 점검 결과 및 영상 정보를 표시할 수 있다.

표시부(350)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 디스플레이, 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 투명디스플레이, 헤드업 디스플레이(head-up display, HUD) 및 터치스크린 등의 표시수단 중 적어도 하나 이상의 표시수단으로 구현될 수 있다.

사운드 출력부(360)는 메모리(330)에 저장된 오디오 데이터(사운드 데이터)를 출력할 수 있다. 사운드 출력부(360)는 리시버(receiver), 스피커, 버저(buzzer) 및 경보기 등을 포함할 수 있다.

처리부(370)는 관제 서버(300)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, ASIC, DSP, PLD, FPGAs, CPU, 마이크로 컨트롤러 및 마이크로 프로세서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

처리부(370)는 통신부(310)를 통해 무인기(100)로부터 전송되는 철도시설 정보를 수신하고 수신된 철도시설 정보를 분석하여 철도시설에 대한 상태 점검을 실시한다. 또한, 처리부(370)는 무인기(100)로부터 전송되는 영상 정보를 분석하여 철도시설 상태를 점검한다.

처리부(370)는 무인기(100)에 탑재된 진동계측기와 자이로 센서를 활용하여 직선구간 및 곡선구간의 선로 상태와 진동 상태를 계측하여 레일 궤도 주행 안정성 평가 데이터를 확보한다.

처리부(370)는 무인기(100)로부터 전송되는 위치 정보를 수신하고 수신된 위치 정보를 이용하여 무인기(100)의 구간별 및/또는 시간별 속도 다이어그램을 작성한다. 처리부(370)는 GIS(Geographic Information System)에 기반하여 무인기(100) 및 모든 차량(열차)의 위치를 확인한다.

처리부(370)는 철도시설 점검 결과 레일에 이상이 있는 경우 점검자에게 문자 메시지 및/또는 푸시 메시지 등을 전송하여 현장 점검을 지시할 수 있다. 예컨대, 처리부(370)는 레일의 간격 벌어짐이 계측되면 해당 구간 점검 담당자에게 현장 점검을 지시할 수 있다. 점검자는 현장 점검 전 VR 고글 및 항공드론을 활용하여 이상이 발생한 철도시설의 주변 환경을 예찰할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도시설 점검 방법을 도시한 흐름도이다. 본 실시 예에서는 설명의 이해를 돕기 위해 하나의 무인기(100)를 통해 철도시설 점검을 실시하는 것을 설명하고 있으나, 복수 개의 무인기(100)들을 이용하여 철도시설 점검을 수행한다.

먼저, 관제 서버(300)는 철도시설 점검을 위해 무인기(100)에 출발 지시를 전송한다(S110). 무인기(100)는 열차 문 닫힘 신호를 생성하고 관제 서버(300)의 명령에 따라 플랫폼의 스크린 도어(PSD)가 닫혔을 때, 관제 서버(300)의 출발 허가 명령을 수신한 후 출발한다. 이때, 무인기(100)는 무인기(100)의 상태를 점검하고, 점검결과 이상이 없으면 관제 서버(300)로부터의 출발 허가 명령을 수신 대기한다. 관제 서버(300)는 무인기(100)의 통신 상태, 신호통신 상태, 지상신호 검지설비 이상 여부, 선행열차의 위치, 전체 네트워크 망 이상 여부 및 기상 계측 지수 등의 전반적인 상태를 체크한 후 이상이 없는 경우 출발 허가 명령을 무인기(100)로 전송한다.

무인기(100)는 관제 서버(300)로부터 출발 허가 명령을 수신하면 가드 레일을 따라 주행을 개시한다(S120).

무인기(100)는 가드 레일을 따라 주행하며 계측수단을 이용하여 철도시설 정보를 획득한다(S130). 무인기(100)는 진동계측기, 균열감지 직하센서 및 스마트 센서를 통해 철도시설 정보를 획득한다. 또한, 무인기(100)는 영상 감시부(140)를 통해 철도시설(선로) 주변의 영상 정보를 획득한다.

무인기(100)는 획득한 철도시설 정보(영상 정보 포함)를 관제 서버(300)로 전송한다(S140). 무인기(100)는 정해진 주기로 획득한 철도시설 정보를 전송한다.

관제 서버(300)는 무인기(100)로부터 전송되는 철도시설 정보에 근거하여 철도시설의 상태를 점검한다(150). 관제 서버(300)는 점검결과를 표시부(350)에 표시한다. 예를 들어, 관제 서버(300)는 레일 균열이 감지되는 지점을 GIS 기반으로 매핑하여 표시한다. 또한, 관제 서버(300)는 레일 상태 이상이 감지되면 관리자에게 문자 메시지 및/또는 푸시 메시지를 전송한다.

관제 서버(300)는 철도시설 점검이 완료되었는지를 확인한다(S160). 관제 서버(300)는 무인기(100)가 모든 구간에 대한 철도시설 점검운행을 완료했는지를 확인한다.

관제 서버(300)는 철도시설 점검이 완료되면, 무인기(100)에 무인기 보관소로의 복귀를 지시한다(S170). 관제 서버(300)는 무인기(100)의 복귀 위치에 대한 정보를 무인기(100)에 전송한다.

무인기(100)는 관제 서버(300)의 지시에 따라 무인기 보관소로 복귀한다(S180). 무인기(100)는 자율 주행을 통해 관제 서버(300)가 제공한 복귀 위치로 이동한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인기 관리 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 관제 서버(300)는 무인기(100)의 철도시설 점검 운행(예: 선로점검 운행)이 필요한 경우 철도시설 점검을 위한 무인기 배정을 무인기 관리 서버(200)에 요청한다(S210). 이때, 관제 서버(300)는 철도시설 점검 운행을 시작하는 출발 정거장에 대한 정보(위치 및 역명 등)을 무인기 관리 서버(200)로 한다.

무인기 관리 서버(200)는 무인기 보관소에 보관 중인 무인기(100)들 중 적어도 하나 이상의 무인기(100)를 배정한다(S220).

무인기 관리 서버(200)는 배정된 무인기(100)를 선로의 출발 지점에 배치한다(S230). 무인기 관리 서버(200)는 계류부(220)를 통해 크레인을 조정하여 배정된 무인기(100)를 격납고로부터 꺼내 선로의 출발 위치에 배치시킨다. 무인기(100)는 무인기 관리 서버(200)의 지시에 따라 철도시설 점검을 위한 출발 정거장으로 이동한다. 이후, 무인기(100)는 도 5에 도시된 철도시설 점검 방법에 따라 철도시설 점검을 실시한다.

관제 서버(300)는 철도시설 점검이 완료되면 무인기 관리 서버(200)로 점검 완료 알림을 전송한다(S240). 관제 서버(300)는 점검운행을 완료한 무인기(100)의 식별정보를 함께 전송한다.

무인기 관리 서버(200)는 점검운행을 완료한 무인기(100)의 복귀 여부를 확인한다(S250). 무인기 관리 서버(200)는 관제 서버(300)로부터 제공받은 무인기(100)의 식별정보에 근거하여 해당 무인기(100)의 복귀 여부를 확인한다.

무인기 관리 서버(200)는 복귀한 무인기(100)의 상태를 점검한다(S260). 무인기 관리 서버(200)는 무인기(100)에 이상이 있는 경우 관리자에게 이를 알려 이후 조치가 이루어질 수 있게 한다.

무인기 관리 서버(200)는 상태 점검 결과 이상이 없으면 무인기(100)를 격납고에 계류한다(S270). 무인기 관리 서버(200)는 격납고에 무인기(100)가 고정되면 무인기(100)의 배터리를 충전한다. 이때, 무인기 관리 서버(200)는 배터리의 충전 상태를 표시수단(미도시)를 통해 출력한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 무인기
200: 무인기 관리 서버
300: 관제 서버
110, 210, 310: 통신부
120: 위치 측정부
130: 감지부
140: 영상 감시부
150, 240, 330: 메모리
160: 경고 출력부
170: 차량 제어부
180, 260, 370: 처리부
220: 계류부
230: 모니터링부
250: 충전부
320: 입력부
340: 저장부
350: 표시부
360: 사운드 출력부

Claims

관제 서버와 무선 통신을 수행하는 통신부,
철도의 선로를 따라 점검운행을 실시하는 차량 제어부,
상기 선로를 점검하기 위한 선로 정보를 획득하는 감지부,
상기 선로 주변의 영상을 촬영하는 영상 감시부, 및
상기 관제 서버로부터 출발 지시를 수신하면 상기 선로를 따라 주행하며 획득한 선로 정보 및 영상 정보를 상기 관제 서버로 전송하도록 상기 통신부에 지시하는 처리부를 포함하되,
상기 관제 서버는 철도시설 점검운행을 수행할 무인기 배정을 무인기 관리 서버에 요청하고, 상기 무인기 관리 서버에 의해 배정된 무인기에 상기 출발 지시를 전송하는 것을 특징으로 하는 무인기.
제1항에 있어서,
상기 감지부는,
진동계측기를 통해 선로의 진동 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 무인기.
제1항에 있어서,
상기 감지부는,
스마트 센서를 이용하여 선로 주변의 온도, 습도, 연기 및 가스 누출을 감지하는 것을 특징으로 하는 무인기.
제1항에 있어서,
상기 감지부는,
균열감지 직하센서를 통해 선로의 균열을 감지하는 것을 특징으로 하는 무인기.
제1항에 있어서,
상기 영상 감시부는,
상기 무인기의 전방, 측방 및 후방에 각각 설치되는 카메라를 통해 영상을 획득하고 획득된 영상들을 활용하여 AVM(Around View Monitoring) 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인기.
제1항에 있어서,
상기 영상 감시부는,
열영상 카메라, CCTV(Closed Circuit Television) 및 VR(Virtual Reality) 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 선로 주변의 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 무인기.
청구항 1의 무인기를 모니터링하며 관리하는 무인기 관리 서버, 및
상기 무인기를 통해 획득한 선로 정보 및 영상 정보를 토대로 선로 상태를 점검 및 관리하는 관제 서버를 포함하되,
상기 무인기 관리 서버는 관제 서버의 요청에 따라 철도시설 점검운행을 수행할 무인기를 배정하는 무인기 관리 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 시스템.
제7항에 있어서,
상기 무인기 관리 서버는,
상기 관제 서버와 통신을 수행하는 통신부,
상기 무인기를 격납고에 고정시키는 계류부,
상기 무인기를 충전하는 충전부, 및
상기 무인기의 상태를 모니터링하는 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 시스템.
제7항에 있어서,
상기 관제 서버는,
상기 무인기로부터 전송되는 선로 정보 및 영상 정보를 수신하는 통신부,
상기 선로 상태의 점검 결과를 표시하는 표시부, 및
상기 선로 정보를 분석하여 레일 상태를 점검하고 점검결과에 따라 관리자에게 알리는 관제 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 시스템.
무인기 관리 서버가 관제 서버의 요청에 따라 철도시설 점검운행을 수행할 무인기를 배정하는 단계,
상기 관제 서버가 상기 무인기에 점검운행을 지시하는 단계,
상기 무인기가 철도의 선로를 따라 주행을 개시하는 단계,
상기 무인기가 주행하며 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계,
상기 무인기가 획득된 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 상기 관제 서버로 전송하는 단계, 및
상기 관제 서버가 상기 획득된 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 토대로 상기 선로의 상태를 점검하는 단계를 포함하는 철도시설 점검 방법.
제10항에 있어서,
상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서,
상기 무인기가 진동계측기를 통해 선로의 진동 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 방법.
제10항에 있어서,
상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서,
상기 무인기가 스마트 센서를 이용하여 온도, 습도, 연기 및 가스 누출을 감지하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 방법.
제10항에 있어서,
상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서,
상기 무인기가 균열감지 직하센서를 통해 선로의 균열을 감지하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 방법.
제11항에 있어서,
상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서,
상기 무인기는 전방, 측방 및 후방에 각각 설치되는 카메라를 통해 영상을 획득하고 획득된 영상들을 활용하여 AVM 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 방법.
제11항에 있어서,
상기 선로 정보 및 선로 주변의 영상을 획득하는 단계에서,
상기 무인기는 열영상 카메라, CCTV 및 VR 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 선로 주변의 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 철도시설 점검 방법.