KR102116890B1 - 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템은 열차의 차상에 설치되는 무선 가속도계; 상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 무선 가속도계로부터 취득하는 포터블 측정 장비; 및 상기 포터블 측정 장비와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되고, 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법을 이용하여 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 모니터링 프로그램을 포함한다.

Description

무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템 및 방법{MOBILE RAIL/TRACK DEFECT REAL-TIME ANALYSIS AND MONITORING SYSTEM AND METHOD USING WIRELESS ACCELEROMETER}
본 발명의 실시예들은 무선 가속도계를 이용하여 열차를 이동하면서도 레일/궤도의 결함을 실시간으로 분석하고 모니터링할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
열차는 선로에 설치된 레일 위에서 차륜을 구동하며 이동함에 따라, 차륜과 직접 접촉하는 레일의 결함은 열차의 운행 장애뿐만 아니라, 열차 탈선까지 유발할 수 있는 매우 심각한 결함이다.
레일 결함 중 절손은 레일 이음매와 같은 이격 구간, 용접부 및 텅레일, 크로싱부 등에서 열차 통과 시 불연속부에 가해지는 큰 충격이 하부로 전달되어 궤도 재료를 손상시킴에 따라 주로 발생하며, 해당 구간의 유지 보수를 위한 용접 시 모체보다 취약하여 지속적인 결함 현상이 발생한다.
'레일 표면결함 등급에 따른 궤도틀림 발생 추세분석(2012, 한국철도공사)'에서는 고속선에서 발생하는 레일 흠집과 궤도틀림과의 관계에 관한 분석을 진행한 바 있으며, 궤도틀림은 궤도 내외측의 손상을 발생시켜 레일의 건전성에도 상당한 영향을 미치는 것으로 보고된 바 있다.
특히, '레일 용접부 요철과 궤도틀림 상관관계 분석(2012, 우병구 외 4인)'에서는 현장 측정을 통해 레일 용접부 요철에 따른 궤도틀림 진전의 상관 관계를 분석하여, 레일 용접부의 요철 정도에 따라 궤도틀림 진전 속도가 빨라지고, 이에 따른 궤도 보수 작업 빈도도 높은 것으로 결과가 나타나는 것으로 보고되고 있다.
자갈 궤도는 열차의 주행에 의해 궤도틀림이 빈발하고, 보수 주기가 상대적으로 짧으며, 특히 도상의 다짐이 불균일하거나, 교량 단부와 같이 하부 구조의 단차 및 강성 차이가 발생하는 구간, 접속부나 분기부와 같이 하부 강성 천이 구간에서는 궤도틀림이 더욱 가속화되는 특징을 가진다.
국외 통계 자료에 의하면 1975년-2006년 사이에 궤도의 제반 결함에 의해 발생한 열차 탈선 사고의 원인 중 레일 자체의 결함에 의한 사고는 27%를 차지한다. 발견된 결함의 55%는 횡방향 결함(transverse defect), 용접 결함, 레일 두부(head) 수직 결함이며, 이 중 75%가 레일 파손으로 연관된다.
또한 1998년-2008년 사이에 미국에서 두부 결함, 열개(fissure) 등의 레일 결함으로 인해 발생한 크고 작은 탈선 사고는 1200 여건에 달하며 이로 인한 직접적인 누적 피해 금액은 297 백만 달러(한화 환산 시 3,600 백억원)에 이른다는 통계가 있다.
'일반선 주요선구별 레일훼손 현황분석(2012, 한국철도공사)'에서는 레일 결함 현장 조사 및 측정 데이터 분석을 통해 경부선, 중앙선, 호남선, 장항선 순으로 레일 결함의 발생 빈도가 높은 것으로 분석되었고, 구간별로는 용접 구간, 이음매 구간, 분기 기기 구간 순으로 취약 구간을 제시하고 있다.
이러한 레일상의 결함은 단순히 레일의 노후화 및 열차 주행 중에 발생하는 문제점(차량의 동적하중 및 횡압 증가, 사행동 등)때문만이 아닌, 궤도 하부(자갈/콘크리트 궤도, 강화노반, 흙노반 등)에서 발생한 다양한 결함(하부 강성 변화, 침하, 배수 불량, 분니 등)이 복합적으로 작용하여 궤도틀림 및 레일 절손 등으로 귀속되는 것으로 판단된다.
그러나, 이와 같이 레일 결함뿐만이 아닌 궤도의 안전성에 크게 영향을 미칠 수 있는 전반적인 궤도 문제점의 발생 조짐을 미연에 파악하고, 궤도 상태의 분석 결과를 기반으로 유지 관리 및 보수/보강을 시행하는 개념은 현재까지 미적용 상태이다.
이를 위해서는 레일/궤도/하부노반 전반에 걸친 상호 거동 분석 및 영향 파라미터 추출과 레일을 포함한 실제 궤도의 차륜하중에 의한 반응을 상시 모니터링하고 이를 체계적으로 분석할 기술이 꾸준히 요구되고 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0784799호(발명의 명칭: 궤도 지지강성 측정장치, 등록일자: 2007.12.05.)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 레일/궤도 결함이 발생한 위치를 차량 차단 없이 현 운행 차량을 이용하여 정확히 파악할 수 있으며, 검측된 이상 개소(위치)의 상태를 실시간으로 확인(레일상태/침목의 뜸여부, 하부노반 침하 및 틈새 발생 여부 등)하고, 그 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력과 통합하여 데이터베이스(DB)화할 수 있는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템은 열차의 차상에 설치되는 무선 가속도계; 상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 무선 가속도계로부터 취득하는 포터블 측정 장비; 및 상기 포터블 측정 장비와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되고, 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법을 이용하여 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 모니터링 프로그램을 포함한다.
상기 모니터링 프로그램은 상기 단시간 푸리에 변환을 통해 상기 가속도 데이터로부터 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 주파수 성분에 대해 상기 이산 웨이블렛 분석 기법을 적용하여 고주파 성분과 저주파 성분으로 분해함으로써 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형을 분석할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램은 상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력 데이터와 통합하여 클라우드 데이터베이스(Cloud-DB)에 저장할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램은 상기 포터블 측정 장비를 통해 취득되는 상기 가속도 데이터와, 궤도검측차 및 선로점검차 중 적어도 하나를 통해 취득되는 검측 데이터에 대하여 상관 관계 기반의 상호 분석을 수행하여 상기 열차의 이동 위치별 궤도틀림 발생 여부를 검출할 수 있다.
상기 무선 가속도계는 열차의 차축, 대차 및 실내에 설치되어 상기 가속도 데이터를 측정하고, 상기 포터블 측정 장비와 무선 통신을 통해 상기 측정된 가속도 데이터를 상기 포터블 측정 장비에 전송할 수 있다.
상기 무선 가속도계는 상기 열차의 차상에 설치 시, 상기 열차의 차축 및 대차에는 2축 가속도계가 적용되고, 상기 열차의 실내에는 3축 가속도계가 적용될 수 있다.
상기 포터블 측정 장비는 저장 매체를 통한 데이터 취득의 한계를 보완하기 위해, LTE-A 통신 모뎀을 활용하여 상기 가속도 데이터를 상기 모니터링 디바이스에 실시간으로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 방법은 포터블 측정 장비가 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 열차의 차상에 설치되는 무선 가속도계로부터 취득하는 단계; 및 상기 포터블 측정 장비와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되는 모니터링 프로그램이 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법을 이용하여 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 이상 개소를 검출하는 단계는 상기 단시간 푸리에 변환을 통해 상기 가속도 데이터로부터 주파수 성분을 추출하는 단계; 상기 추출된 주파수 성분에 대해 상기 이산 웨이블렛 분석 기법을 적용하여 고주파 성분과 저주파 성분으로 분해함으로써 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형을 분석하는 단계; 및 상기 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형의 분석 결과에 기초하여 상기 이상 개소를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 방법은 상기 모니터링 프로그램이 상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력 데이터와 통합하여 클라우드 데이터베이스(Cloud-DB)에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레일/궤도 결함이 발생한 위치를 차량 차단 없이 현 운행 차량을 이용하여 정확히 파악할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 검측된 이상 개소(위치)의 상태를 실시간으로 확인(레일상태/침목의 뜸여부, 하부노반 침하 및 틈새 발생 여부 등)하고, 그 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력과 통합하여 데이터베이스(DB)화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 현재 철도 선로 유지관리 과정에서 적용하고 있는 사후 보수(Corrective Maintenance)의 개념에서 탈피하여 예방보수(Preventive Maintenance)의 개념에 입각하여 선로의 상태를 상시 모니터링하고 이렇게 누적된 자료(Database)를 바탕으로 유지 관리에 관한 의사 결정까지 가능하도록 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 무선 가속도계의 설치 상태를 도시한 예시도이다.
도 4는 KTX36호 검측 자료(가속도 데이터)의 일례를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 KTX36호 검측 자료(가속도 데이터)의 분석 결과를 나타낸 예시도이다.
도 7은 Roger1000k 검측 자료(검측 데이터)의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 Roger1000k 검측 자료(검측 데이터)의 분석 결과를 나타낸 예시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능 구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능 구성을 위주로 설명한다. 만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능 구성 중에서 종래에 기 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성 요소와 본 발명을 위해 추가된 구성 요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 신호 또는 정보의 "전송", "통신", "송신", "수신" 기타 이와 유사한 의미의 용어는 일 구성요소에서 다른 구성요소로 신호 또는 정보가 직접 전달되는 것뿐만이 아니라 다른 구성요소를 거쳐 전달되는 것도 포함한다. 특히 신호 또는 정보를 일 구성요소로 "전송" 또는 "송신"한다는 것은 그 신호 또는 정보의 최종 목적지를 지시하는 것이고 직접적인 목적지를 의미하는 것이 아니다. 이는 신호 또는 정보의 "수신"에 있어서도 동일하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템(100)은 무선 가속도계(110), 포터블 측정 장비(120), 및 모니터링 프로그램(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무선 가속도계(110)는 KTX 및 무궁화호 등과 같은 실제 운영 차량(열차)의 차상에 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 무선 가속도계(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 열차의 차축 및 대차에 설치될 수 있으며, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 열차의 실내에 설치될 수도 있다.
상기 무선 가속도계(110)는 상기 열차가 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 측정할 수 있다. 즉, 상기 무선 가속도계(110)는 실제 운영중인 열차의 차단 없이도 이동(주행) 중에 발생하는 가속도 데이터를 측정할 수 있다.
이를 위해, 상기 무선 가속도계(110)는 후술하는 포터블 측정 장비(120)와 무선 통신을 하기 위한 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다. 상기 무선 가속도계(110)는 상기 무선 통신 모듈을 통해 상기 측정된 가속도 데이터를 상기 포터블 측정 장비(120)에 무선 전송할 수 있다.
상기 무선 가속도계(110)는 상기 열차의 차상에 설치 시, 상기 열차의 차축 및 대차에는 2축 가속도계가 적용되고, 상기 열차의 실내에는 3축 가속도계가 적용될 수 있다. 다시 말해, 상기 열차의 차축 및 대차에는 2축의 무선 가속도계가 설치될 수 있고, 상기 열차의 실내에는 3축의 무선 가속도계가 설치될 수 있다.
상기 포터블 측정 장비(120)는 상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 무선 가속도계(110)로부터 취득할 수 있다. 이때, 상기 포터블 측정 장비(120)는 상기 무선 가속도계(110)에 구비된 무선 통신 모듈을 통해 상기 무선 가속도계(110)와 무선 통신을 수행함으로써 상기 가속도 데이터를 상기 무선 가속도계(110)로부터 무선 통신으로 수신할 수 있다.
상기 포터블 측정 장비(120)는 자체적으로 저장 매체를 구비하거나 구비하지 않을 수 있다. 다만, 상기 저장 매체를 구비하는 경우, 상기 포터블 측정 장비(120)는 상기 저장 매체를 통해 상기 가속도 데이터를 지속적으로 저장 및 수집하는 과정은 제거하고 임시 저장 후 실시간으로 후술하는 모니터링 디바이스(140)로 전송할 수 있다.
즉, 상기 포터블 측정 장비(120)는 자체적으로 구비된 저장 매체를 통해 데이터를 취득 및 저장하는 데에는 저장 용량면에 있어서 한계가 있기 때문에, 이러한 저장 매체를 통한 데이터 취득의 한계를 보완할 필요가 있다.
이를 위해, 상기 포터블 측정 장비(120)는 도면에는 도시되지 않았지만 LTE-A 통신 모뎀과 같은 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다. 상기 포터블 측정 장비(120)는 상기 LTE-A 통신 모듈(예: 에그(egg) 등)을 활용하여, 상기 무선 가속도계(110)로부터 취득한 상기 가속도 데이터를 상기 모니터링 디바이스(140)에 실시간으로 전송할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 포터블 측정 장비(120)와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스(140)에 설치될 수 있다. 상기 모니터링 프로그램(130)은 사용자(관리자)가 상기 모니터링 디바이스(140)를 입력 조작함에 따라 실행될 수 있다.
상기 모니터링 프로그램(130)은 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법(DWT: Discrete Wavelet Transform)을 이용하여 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 단시간 푸리에 변환(STFT)을 통해 상기 가속도 데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환함으로써 상기 가속도 데이터로부터 주파수 성분을 추출할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 추출된 주파수 성분에 대해 상기 이산 웨이블렛 분석 기법(DWT)을 적용하여 고주파 성분과 저주파 성분으로 분해할 수 있으며, 이를 통해 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형을 분석할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형의 분석 결과에 기초하여 상기 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출할 수 있다. 즉, 상기 모니터링 프로그램(130)은 위치별 레일/궤도 결함을 실시간으로 분석하고 모니터링할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력 데이터와 통합하여 클라우드 데이터베이스(Cloud-DB)에 저장할 수 있다.
여기서, 상기 유지 관리 이력 데이터는 해당 개소의 유지 관리를 위해 기존의 방식에 따라 측정된 이력 데이터로서 별도의 데이터베이스 서버에 저장되어 있는 것이다. 본 실시예에서는 상기 별도의 데이터베이스 서버에 저장되어 있는 상기 유지 관리 이력 데이터를 동일 구간의 위치(이상 개소)에서 취득된 가속도 데이터의 분석 결과 데이터와 통합하여 상기 클라우드 데이터베이스에 저장할 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면 자체적으로 구비된 저장 매체를 통한 데이터 취득의 한계점을 보완할 수 있으며, 더욱이 보다 저렴한 비용과 보안 강화로 인해 유지 관리의 효율성을 제고할 수 있다.
한편, 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 포터블 측정 장비(120)를 통해 취득되는 상기 가속도 데이터와, 궤도검측차 및 선로점검차 중 적어도 하나를 통해 취득되는 검측 데이터에 대하여 상관 관계 기반의 상호 분석을 수행하여 상기 열차의 이동 위치별 궤도틀림 발생 여부를 검출할 수 있다.
즉, 상기 모니터링 프로그램(130)은 동일 위치에서의 레일/궤도 결함과 궤도틀림과의 상관성 분석을 통하여 레일/궤도 결함 위치 및 유형을 분석할 뿐만 아니라 그 측정 영향 범위를 확대(궤도틀림도 포함)하여 위치별 궤도틀림 발생 현황을 분석할 수 있으며, 이를 통해 상기 열차의 이동 위치별 궤도틀림 발생 여부를 검출할 수 있다.
이와 같이 상기 모니터링 프로그램(130)은 도 4의 KTX36호 검측 자료(가속도 데이터)에 대해 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법(DWT)을 적용하여 도 5 및 도 6와 같은 변환 결과를 통해 레일/궤도 결함 위치 및 유형을 분석할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 프로그램(130)은 도 7의 Roger1000k 검측 자료(검측 데이터)를 토대로 도 8과 같은 위치별 궤도 품질 지수(TQI)를 도출하여 위치별 궤도틀림 발생 현황을 분석할 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 모니터링 프로그램(130)을 통해 레일/궤도 결함 위치 및 유형 분석에서 궤도틀림 발생 현황 분석으로까지 그 측정 영향 범위를 확대할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 및/또는 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성 요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
여기서 설명하는 방법은 본 발명의 하나의 실시예에 불과하며, 그 이외에 필요에 따라 다양한 단계들이 아래와 같이 부가될 수 있고, 하기의 단계들도 순서를 변경하여 실시될 수 있으므로, 본 발명이 하기에 설명하는 각 단계 및 그 순서에 한정되는 것은 아니다. 이는 이하의 다른 실시예들에서도 마찬가지로 동일하게 적용될 수 있다.
먼저 도 1 및 도 9를 참조하면, 단계(910)에서 상기 포터블 측정 장비(120)는 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 열차의 차상에 설치되는 무선 가속도계(110)로부터 취득할 수 있다.
다음으로, 단계(920)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법을 이용하여 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행할 수 있다.
다음으로, 단계(930)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 가속도 데이터의 실시간 분석 결과에 기초하여 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출할 수 있다.
이에 대해 도 10을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 단계(1010)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 단시간 푸리에 변환을 통해 상기 가속도 데이터로부터 주파수 성분을 추출할 수 있다.
이후, 단계(1020)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 추출된 주파수 성분에 대해 상기 이산 웨이블렛 분석 기법을 적용하여 고주파 성분과 저주파 성분으로 분해할 수 있다.
이후, 단계(1030)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 고주파 성분 및 상기 저주파 성분을 이용하여 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형을 분석할 수 있다.
이후, 단계(1040)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형의 분석 결과에 기초하여 상기 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출할 수 있다.
다시 도 1 및 도 9를 참조하면, 단계(940)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력 데이터와 통합하여 클라우드 데이터베이스(Cloud-DB)에 저장할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 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 실시예를 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), CDROM, 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
110: 무선 가속도계
120: 포터블 측정 장비
130: 모니터링 프로그램
140: 모니터링 디바이스

Claims (10)

  1. 열차의 차상에 설치되는 무선 가속도계;
    상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 무선 가속도계로부터 취득하는 포터블 측정 장비; 및
    상기 포터블 측정 장비와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되고, 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법을 이용하여 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 모니터링 프로그램
    을 포함하고,
    상기 모니터링 프로그램은
    해당 개소의 유지 관리를 위해 궤도검측차 및 선로점검차 중 적어도 하나를 통해 측정된 이력 데이터로서 별도의 데이터베이스 서버에 저장되어 있는 유지 관리 이력 데이터를 상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과와 통합하여 클라우드 데이터베이스(Cloud-DB)에 저장하고,
    상기 모니터링 프로그램은
    상기 포터블 측정 장비를 통해 취득되는 상기 가속도 데이터를 토대로 위치별 레일/궤도 결함을 도출하고, 상기 궤도검측차 및 상기 선로점검차 중 적어도 하나를 통해 취득되는 검측 데이터를 토대로 위치별 궤도 품질 지수(TQI)를 도출하며, 동일 위치에서의 상기 레일/궤도 결함과 상기 궤도 품질 지수의 상관성 분석을 통하여 레일/궤도 결함 위치 및 유형 분석에서 위치별 궤도틀림 발생 현황 분석까지 그 측정 영향 범위를 확대하여 상기 열차의 이동 위치별 궤도틀림 발생 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 프로그램은
    상기 단시간 푸리에 변환을 통해 상기 가속도 데이터로부터 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 주파수 성분에 대해 상기 이산 웨이블렛 분석 기법을 적용하여 고주파 성분과 저주파 성분으로 분해함으로써 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형을 분석하는 것을 특징으로 하는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 가속도계는
    열차의 차축, 대차 및 실내에 설치되어 상기 가속도 데이터를 측정하고, 상기 포터블 측정 장비와 무선 통신을 통해 상기 측정된 가속도 데이터를 상기 포터블 측정 장비에 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 가속도계는
    상기 열차의 차상에 설치 시, 상기 열차의 차축 및 대차에는 2축 가속도계가 적용되고, 상기 열차의 실내에는 3축 가속도계가 적용되는 것을 특징으로 하는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포터블 측정 장비는
    저장 매체를 통한 데이터 취득의 한계를 보완하기 위해, LTE-A 통신 모뎀을 활용하여 상기 가속도 데이터를 상기 모니터링 디바이스에 실시간으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템.
  8. 포터블 측정 장비가 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 열차의 차상에 설치되는 무선 가속도계로부터 취득하는 단계;
    상기 포터블 측정 장비와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되는 모니터링 프로그램이 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 이산 웨이블렛 분석 기법을 이용하여 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 레일/궤도 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 단계; 및
    상기 모니터링 프로그램이 해당 개소의 유지 관리를 위해 궤도검측차 및 선로점검차 중 적어도 하나를 통해 측정된 이력 데이터로서 별도의 데이터베이스 서버에 저장되어 있는 유지 관리 이력 데이터를 상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과와 통합하여 클라우드 데이터베이스에 저장하는 단계
    를 포함하고,
    상기 모니터링 프로그램은
    상기 포터블 측정 장비를 통해 취득되는 상기 가속도 데이터를 토대로 위치별 레일/궤도 결함을 도출하고, 상기 궤도검측차 및 상기 선로점검차 중 적어도 하나를 통해 취득되는 검측 데이터를 토대로 위치별 궤도 품질 지수(TQI)를 도출하며, 동일 위치에서의 상기 레일/궤도 결함과 상기 궤도 품질 지수의 상관성 분석을 통하여 레일/궤도 결함 위치 및 유형 분석에서 위치별 궤도틀림 발생 현황 분석까지 그 측정 영향 범위를 확대하여 상기 열차의 이동 위치별 궤도틀림 발생 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이상 개소를 검출하는 단계는
    상기 단시간 푸리에 변환을 통해 상기 가속도 데이터로부터 주파수 성분을 추출하는 단계;
    상기 추출된 주파수 성분에 대해 상기 이산 웨이블렛 분석 기법을 적용하여 고주파 성분과 저주파 성분으로 분해함으로써 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형을 분석하는 단계; 및
    상기 주파수 대역별 레일/궤도 결함 유형의 분석 결과에 기초하여 상기 이상 개소를 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 방법.
  10. 삭제
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102305601B1 (ko) * 2021-02-26 2021-09-28 한국철도공사 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법
CN114417921A (zh) * 2022-01-05 2022-04-29 中国国家铁路集团有限公司 轨道几何异常数据的识别方法、装置、设备和存储介质
KR102396473B1 (ko) 2021-11-24 2022-05-09 성진호 기차 레일 모니터링 장치
CN114580050A (zh) * 2021-12-23 2022-06-03 北京交通大学 一种基于多种复杂力学效应的车桥耦合动力分析系统
KR102412044B1 (ko) 2022-03-04 2022-06-22 홍정민 기차 레일 상태 예보 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006023204A (ja) * 2004-07-08 2006-01-26 Hitachi Ltd 移動体異常検知システム
JP2016048189A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 東海旅客鉄道株式会社 センサ状態判断装置およびセンサ状態判断プログラム
KR101730874B1 (ko) * 2016-10-18 2017-04-28 주식회사 유니온플레이스 열차 정보 관리 장치
KR20170131792A (ko) * 2016-05-20 2017-11-30 주식회사 글로비즈 철도 차량 모니터링 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법
JP2019104389A (ja) * 2017-12-13 2019-06-27 日鉄レールウェイテクノス株式会社 鉄道用曲線軌道における波状摩耗の予兆検知システム及び予兆検知方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006023204A (ja) * 2004-07-08 2006-01-26 Hitachi Ltd 移動体異常検知システム
JP2016048189A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 東海旅客鉄道株式会社 センサ状態判断装置およびセンサ状態判断プログラム
KR20170131792A (ko) * 2016-05-20 2017-11-30 주식회사 글로비즈 철도 차량 모니터링 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법
KR101730874B1 (ko) * 2016-10-18 2017-04-28 주식회사 유니온플레이스 열차 정보 관리 장치
JP2019104389A (ja) * 2017-12-13 2019-06-27 日鉄レールウェイテクノス株式会社 鉄道用曲線軌道における波状摩耗の予兆検知システム及び予兆検知方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102305601B1 (ko) * 2021-02-26 2021-09-28 한국철도공사 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법
KR102396473B1 (ko) 2021-11-24 2022-05-09 성진호 기차 레일 모니터링 장치
CN114580050A (zh) * 2021-12-23 2022-06-03 北京交通大学 一种基于多种复杂力学效应的车桥耦合动力分析系统
CN114580050B (zh) * 2021-12-23 2024-02-23 北京交通大学 一种基于多种复杂力学效应的车桥耦合动力分析系统
CN114417921A (zh) * 2022-01-05 2022-04-29 中国国家铁路集团有限公司 轨道几何异常数据的识别方法、装置、设备和存储介质
CN114417921B (zh) * 2022-01-05 2024-04-30 中国国家铁路集团有限公司 轨道几何异常数据的识别方法、装置、设备和存储介质
KR102412044B1 (ko) 2022-03-04 2022-06-22 홍정민 기차 레일 상태 예보 장치

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