KR102120368B1

KR102120368B1 - 궤도 회로 안전 모니터링 장치

Info

Publication number: KR102120368B1
Application number: KR1020180127882A
Authority: KR
Inventors: 김종찬; 김현태; 이인숙
Original assignee: 이인숙
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-06-08
Also published as: KR20200039517A

Abstract

본 발명은 궤도 회로 안전 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열차의 차륜에 근접하여 측정된 초음파 신호를 증폭하는 신호 증폭기; 상기 증폭된 신호를 초음파 신호를 필터링하는 필터; 상기 필터링된 초음파 신호를 디지털로 변환하는 ADC; 상기 ADC를 통한 초음파 신호의 주기성을 검출하고, 차륜이 손상됐을 때 나타나는 특정 주기성이 발견될 경우 손상 경보를 표시하는 디스플레이 장치; 상기 모듈들을 제어하고 제1 논리부와 제2 논리부로 구성되는 제어부; 상기 제어부로부터 정보를 전달받아 논리합을 계산하는 통합 감시부; 상기 각 모듈의 초음파 신호를 저장하는 데이터베이스로 구성되는 궤도 회로 안전 모니터링 장치에 관한 것이다.

Description

궤도 회로 안전 모니터링 장치{Track circuit safety monitoring device}

일반적으로 기차바퀴의 흠집이나 마모가 자동차 타이어처럼 펑크 나는 것은 아니지만 이에 버금가는 현상들이 발생한다.

비록 눈으로 보기에는 아무것도 아닌 흠집같이 보이지만 실제 이런 바퀴로 레일 위를 고속으로 달리다 보면 흔들림과 잡음이 많이 발생하여 여행에 불편을 주기도 하고 선로를 이탈하여 탈선도 생길 수도 있다.

따라서 이러한 일이 발생하지 않도록 차륜 답면을 고르게 깎아내는데 이를 '삭정'이라고 한다.

구체적으로 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 2014년 8월 14일 21시 31분 경, 동산역을 출발하여 신광양항역으로 운행하던 화물열차(제3075호)가 전주역 통과 중 21호차(총 25량 연결 운행) 앞 대차 첫 번째 우측 차륜 파손으로 진행방향 우측으로 탈선하였다.

그러나 다른 선로에서 진입 중이던 무궁화호 기관사가 탈선상태를 목격하고 사고열차 기관사에 무선 통보하고, 사고열차 기관사가 비상제동을 체결(정차)하였다.

2013년 12월 12일(목) 00시 50분 경, 우보역을 43km/h의 속도로 통과하여 탑리역 방향으로 약 52km/h의 속도로 운행하던 유류 화물열차(제3350호)가 12호 화차의 앞 대차 2번째 차축 오른쪽 차륜 1개가 파손되었다.

차륜이 파손된 상태로 탑리역을 43km/h의 속도로 통과하여 비봉역 방향으로 62km/h의 속도로 운행하여 사고 화차 2번째 화차 2번 차축 좌측 차륜이 진행방향 왼쪽으로 탈선(탈선된 상태로 220m 추가 운행, 비상제동 체결)하였다.

상술한 사례들은 매우 많은 사고 중에 하나이지만 중요한 공통점이 있는 데, 차륜의 삭정 여부와 시간의 흐름에 따른 노후 관리와 장애물 판단 여부가 문제였다.

한국등록특허 제0951900호 한국등록특허 제1360951호 한국등록특허 제0961899호 한국등록특허 제1719326호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명은 궤도 회로의 노후화에 대비하여 통합 감시부가 다양한 조건에 대한 논리를 조합하고 경보를 발생하도록 하며, 열차가 진입한 경우에는 차륜의 상태를 파악하는 카메라로 이용하고, 열차가 진입하려고 하는 경우에는 상기 카메라로 전방의 장애물을 230m 이전에 촬영한 이미지를 통합 감시부에 전달하여 열차 탈선을 미리 경고할 수 있는 궤도 회로 안전 모니터링 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 열차의 차륜에 근접하여 측정된 초음파 신호를 증폭하는 신호 증폭기; 상기 증폭된 신호를 초음파 신호를 필터링하는 필터; 상기 필터링된 초음파 신호를 디지털로 변환하는 ADC; 상기 ADC를 통한 초음파 신호의 주기성을 검출하고, 차륜이 손상됐을 때 나타나는 특정 주기성이 발견될 경우 손상 경보를 표시하는 디스플레이 장치; 상기 모듈들을 제어하고 제1 논리부와 제2 논리부로 구성되는 제어부; 상기 제어부로부터 정보를 전달받아 논리합을 계산하는 통합 감시부; 상기 각 모듈의 초음파 신호를 저장하는 데이터베이스로 구성되며, 상기 제1 논리부는 상기 데이터베이스에 미리 저장된 초음파 신호 데이터를 이용하여 기준 패턴을 만들고, 동적 시간 굽힘 알고리즘을 이용하고, 상기 제2 논리부는 차륜들에 부착되어 차륜의 삭정 횟수와 표면 상태를 기억하는 복수의 RFID; 레일의 측면에 설치되며, 상기 RFID를 읽는 복수의 리더 장치;를 포함하여, 상기 리더 장치로부터 상기 차륜의 삭정 횟수와 표면 상태를 전달받아 삭정 횟수가 일정치 이하이거나 표면 상태가 표준 보다 일정치 이하로 나쁘면 상기 복수의 차륜의 손상으로 판단하며, 상기 제1 논리부와 제2 논리부의 합이 1일 경우 상기 통합 감시부가 경보를 발생하도록 하여 특정 손상 상태가 동시에 발생하여 열차가 탈선하는 것을 방지한다.

상기 제어부는 상기 차륜의 삭정 횟수는 일정 시간 내에 일정 삭정 횟수 내에 있어야 정상치인 것으로 판단한다.

상기 제2 논리부는 선로에 설치되어 차륜 답면의 표면 상태를 저장하는 카메라;를 포함하여 상기 제어부는 상기 차륜 답면의 상태를 전달받아 표준 차륜 답면 마모율 보다 일정치 이하로 나쁘면 상기 복수의 차륜의 손상으로 판단한다.

상기 통합 감시부는, 상기 카메라를 열차가 진입한 경우에는 차륜의 상태를 파악하는 영상 장치로 이용하고, 열차가 진입하려고 하는 경우에는 열차 외부 설치 카메라가 인식하기 어려운 230m 전에서 전방의 장애물을 파악하도록 상기 장애물의 이미지를 열차 모니터에 전송하는 장치로 이용한다.

상기 통합 감시부는, 상기 카메라를 통해 앞서 운행된 차량이 출발한 후 촬영한 영상과 현재 운행 중인 차량이 진입하기 전 촬영한 영상을 비교하여 장애물을 판단한다.

상기 동적 시간 굽힘 알고리즘은, 데이터 베이스에 저장된 모든 초음파 신호 데이터를 기준 패턴과 비교하여 동적 시간 굽힘 값을 계산하고, 한계값 기법을 이용하여 동적 시간 굽힘 값이 미리 설정된 한계값 보다 이하이면 손상된 차륜 초음파 신호 패턴임을 탐지한다.

상기 레일의 측면 지역에 설치된 기구함의 도어의 외측에 설치되어 경고 알람을 울리는 알람 모듈;을 더 포함하여, RFID 카드가 인식된 작업자가 현재 열차가 진입하는 위치에서 작업하고 있다면 경고 알람을 울리며, 상기 기구함의 수리자가 상기 RFID 카드에 의해 인증되지 않은 사람인 경우에도 경고 알람을 울린다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 궤도 회로의 노후화에 대비하여 다양한 조건에 대한 논리를 조합하고 경보를 발생하도록 하여 특정 손상 상태가 동시에 발생하여 열차가 탈선하는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 기관사가 열차 기관실에 설치된 모니터를 통해 200m 이상의 전방에서 선로주변의 상황을 한눈에 확인할 수 있어 기관사가 느끼는 심리적 불안감을 해소할 수 있다.

도 1과 도 2는 종래 발명에 의한 사고 상황을 보여주는 사진 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 궤도 회로 안전 모니터링 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 레일에 설치된 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실제 레일에 설치된 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장애물 인식 속도비교표이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철로 통합 감시 장치와의 정보를 주고 받는 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 발명의 다른 실시예에 따른 전력생성부 등의 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.

본 발명은 저장된 초음파 신호 데이터를 이용하여 기준 패턴을 만들고, 동적 시간 굽힘(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 이용하여 데이터 베이스에 저장된 모든 초음파 신호 데이터를 기준 패턴과 비교하여 동적 시간 굽힘 값을 계산하고, 상기 초음파 센서(55)로부터 전달받은 초음파를 제어부(50)를 통해 분석한 동적 시간 굽힘 값이 미리 설정된 한계값보다 이하이면 손상된 차륜 초음파 신호 패턴임을 탐지해 내는 발명이다.

본 발명은 열차의 차륜에 근접하여 측정된 초음파 센서(55)의 신호를 증폭하는 신호 증폭기(51), 상기 증폭된 신호를 초음파 신호를 필터링하는 필터(52), 상기 필터링된 초음파 신호를 디지털로 변환하는 ADC(54), 상기 ADC를 통한 초음파 신호의 주기성을 검출하고, 차륜이 손상됐을 때 나타나는 특정 주기성이 발견될 경우 손상 경보를 표시하는 디스플레이 장치(53), 상기 모듈들을 제어하고 제1 논리부와 제2 논리부로부터 논리값을 전달받고, 상기 통합 감시부(60)의 명령을 받아 각 모듈들을 제어하는 제어부(50), 상기 제어부로부터 정보를 전달받아 논리합을 계산하여 값이 "1"이 되면 경보를 발생하도록 하는 통합 감시부(60), 상기 각 모듈의 초음파 신호를 저장하는 데이터베이스로 구성된다.

구체적으로 본 발명에 따른 초음파 센서(55)에서 생성된 초음파 신호의 주기성을 검출하고, 차륜이 손상됐을 때 나타나는 특정 주기성이 발견될 경우 제어부(50)는 이를 손상된 차륜 초음파 신호 패턴으로 분석하여 통합 감시부(60)에 알린다. 이 때 통합 감시부(60)는 특정 차륜의 손상 뿐만 아니라 열차 전체의 차륜을 통합적으로 관찰하여 열차의 운행 여부를 최종 판단한다.

즉 상기 논리부 중 제1 논리부는 상기 데이터베이스에 미리 저장된 초음파 신호 데이터를 이용하여 기준 패턴을 만들고, 동적 시간 굽힘 알고리즘을 이용하여 데이터 베이스에 저장된 모든 초음파 신호 데이터를 기준 패턴과 비교하여 동적 시간 굽힘 값을 계산하고, 한계값 기법을 이용하여 동적 시간 굽힘 값이 미리 설정된 한계값 보다 이상이면 손상된 차륜 초음파 신호 패턴임을 탐지한다.

이러한 동적 시간 굽힘 알고리즘은 비슷한 두개의 다른 속도의 시간축의 파장의 유사성을 측정하는 알고리즘으로서, 종래 자동 음성 인식기능에 주로 사용되었던 알고리즘이다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 제2 논리부는 차륜들에 부착되어 차륜의 삭정 횟수와 표면 상태를 기억하는 복수의 RFID(510), 레일의 측면에 설치되며, 외부와 전선(504)으로 연결되어, 상기 RFID(510)를 읽는 복수의 리더 장치(503)를 포함하여, 상기 리더 장치(503)로부터 상기 차륜의 삭정 횟수와 표면 상태를 전달받아 삭정 횟수가 일정치 이하이거나 표면 상태가 표준 보다 일정치 이하로 나쁘면 상기 복수의 차륜의 손상으로 판단한다.

상기 RFID(510)에는 RFID 라이터와 같은 장비를 이용하여 작업자가 삭정한 후 바로 원격으로 수정 정보를 업로드시킨다.

이렇게 수정 정보를 통해 안전한 차륜의 표면 상태를 유지하는 일정 기간 이하로 차륜의 삭정 작업을 관리할 수 있는 것이다.

아래 표 1과 같이 상기 제1 논리부와 제2 논리부의 합이 1일 경우 상기 통합 감시부가 경보를 발생하도록 하여 특정 손상 상태가 동시에 발생하여 열차가 탈선하는 것을 방지한다.

예를 들어 차륜 손상으로 판정되고(논리값 1), 상기 RFID를 읽어 차륜의 삭정 날짜가 일정 기준 시간을 경과한 경우(논리값 1), 통합 감시부(60)는 안전에 문제가 있음을 관리자 등에게 통보한다. 이 때 논리 방식은 각 논리값이 하나라도 1이면 논리합이 1로서 즉시 관리자에게 각 문제를 통보할 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 다른 실시예로서 아래 표 2와 같이, 카메라 모듈(220) 등으로 구성된 카메라의 촬영 이미지에 이물질이 발견된 경우(논리값 1)와 DTW 판정에 의한 논리값에 따라 선로 상태를 판정하고, 관리자에게 논리합이 1일 경우 경고 알람을 발송한다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에서 실험한 장애물 인식 속도비교표를 보면 100m 이내에서는 사람이나 카메라의 장애물 이미지 인식 능력이 거의 동일하다가 200m 이후에는 열차 외부 설치 카메라가 급격히 인식 능력이 떨어지고, 인간(기관사)은 250m에서는 거의 인식 기능을 상실하였다.

이러한 실험 방식은 다양한 날씨나 외부 환경을 감안하여 실시되었으며, 날씨가 아주 나쁠 경우 이물질의 외관이라도 파악할 수 있는 거리를 기준으로 하였다.

또한 현재 판매되고 있는 최고 성능의 분해능을 갖는 카메라를 사용하여 실험하였으나 보통 200m 이내에서만 최고 성능이 유지되고 그 이상에서는 급속도로 분해능이 떨어졌다.

여기에서 상기 카메라(Non-human)는 일반적으로 열차 외부에 설치되는 카메라를 이용하였으며 다른 분해능이 뛰어난 카메라를 설치하더라도 외부 환경에 의해 200m 이상에서 식별 능력이 하향되었다.

따라서 본 발명은 230m(바람직하게는 200m 내지 250m 사이) 이하에서 최저의 인식 능력을 보인 열차 외부 설치 카메라를 보조하기 위해 레일에 설치된 카메라를 이용하여 장애물을 신속하게 발견하고 이에 따라 열차가 탈선하는 것을 방지한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 일원화 된 예방보수체계를 마련하기 위해 고유 번호를 포함하는 RFID 리더(72)를 통해 작업자 개인이 소지하는 RFID 카드(71)를 인식하여 개인 정보를 제어부(50)에 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 제어부(50)는 일정 위치에 대응하는 카메라(21, 22)의 촬영 영상을 원할 경우 용이하게 취합하여 통합 감시부(60)로 제공할 수 있다.

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

제1 카메라(21)는 상기 기구함 도어의 외측을 촬영하는 모듈로서, 기구함 주변의 영상을 실시간 촬영하여 상기 제어부(50)에 전송한다.

예를 들어 상기 작업자 소지하는 RFID 카드(71)가 인식되면 상기 제1 카메라 (21)가 회전하여 작업자의 작업 영상을 촬영하고, 상기 RFID 리더(72)의 고유 번호와 함께 상기 제어부(50)에 전송한다.

또한 상기 카메라들(21, 22, 503)은 선로를 따라 순차적으로 설치되어 열차 진행 방향 전방의 선로 영상 및 침입자 영상을 촬영하고, 상기 선로 영상을 분석하여 선행 열차 존재 여부, 선행 열차 운행 정보, 장애물 및 침입자 존재 여부 및, 선로 이상 여부 등을 검출한 후, 상기 선로 영상과 선로 영상 분석 결과 등을 제어부(50)를 통해 통합감시부(60)와 실시간 철도안전 통합감시제어 시스템(76)으로 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.

상기 레일 카메라(503)는 상기 레일의 체결력 검사 센서(301), 레일 들뜸 검사 센서(302), 레일받침 평판 검사 센서(303), 노후/부식 검사 센서(304), 고정 못 검사 센서(305)로 대체될 수 있다.

제2 카메라(22)는 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)에 대한 수리자(또는 작업자)의 영상을 촬영하여 상기 제어부(50)에 전송한다.

이 때 상기 기구함(73) 수리자의 RFID 카드(71)의 정보도 제어부(50)에 전송되어, 인증된 수리자인지 확인하는 절차를 거친다.

알람 모듈(230)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.

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

본 발명의 다른 실시예로서 작업자에 부착되어 GPS와 타이머로 작업로그를 저장하고, 현재 작업 상황을 촬영하는 작업로그촬영장치, 상기 작업로그촬영장치로부터 전송받은 정보를 상기 작업자에 따라 위치 정보, 시간 정보, 작업 정보로 나누어 데이터베이스에 저장하는 작업로그기록모듈, 철로변 기구함 내부 및 외부에 부착되는 LED로 이루어진 조명모듈, 상기 철로변 기구함 내부 및 외부에 부착되어 얼굴을 인식하는 얼굴인식모듈, 상기 얼굴인식모듈에서 인식된 얼굴 정보에 따라 얼굴 면적을 산출하는 얼굴면적산출모듈을 더 포함하여 상기 카메라 모듈들(21, 22)을 대신하여 침입자를 감지하여 상기 제어부(50)에 전송한다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명은 제1 레일과 제2 레일과 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. 상기 전력 생성부에서 생성된 전력은 상술한 각 센서들과 제어부 등에 공급된다.

이 외에도 열차의 통과시간 및 통과속도를 측정하는 지상자와, 상기 제1 CT(83)와 제2 CT(85)에서 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 스위치(86)는 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 모듈(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 모듈(20)을 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.

즉 통합감시부(60)는 미리 레일 카메라(503) 등을 통해 획득한 도착할 다음역의 영상 정보, 상기 제어부(50)에서 전송한 인식 모듈(10)의 위치 등을 알기 위한 고유 번호와 현재 작업지에서 작업해야할 작업자 명부를 포함하는 작업자 정보와 레일 카메라(503)로 촬영한 레일 주변의 영상을 전달받아 현재 진입하는 지역의 상황을 입체적으로 파악하도록 열차 내부 모니터(75)에 표시한다.

상기 이동통신망을 통해 열차와 이동통신을 수행하거나 무선인터넷망을 통해 열차와 무선인터넷통신을 수행할 수 있는 데, 무선통신을 수행하는 무선통신장치나, CBTC를 사용한 무선통신장치, 무선인터넷망을 이용한 무선인터넷통신장치 및, CDMA망, 또는 GSM망을 사용할 수 있다.

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

본 발명의 일실시예에 따라 도 8의 궤도 회로의 제1 CT(83)와 제2 CT(85)를 통해 각각 입력되는 전류값들의 차이를 연산하고 그 전류 차이 값을 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 전류 차이 값이 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.

구체적으로 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 통합감시부(60)에 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 7의 변압기 구조체(40)는 도 8 (a)의 제1 레일(81)과 제2 레일(82)에 전기적으로 연결된 회로(85, 86, 87, 88)를 말한다.

상기 회로(85, 86, 87, 88)에 의해 저장된 전력을 저장하는 전력 생성부(99)가 추가로 구성되어 제어부(50)의 제어에 따라 각 모듈들에 전원 역할을 한다.

그러나 본 발명에 따른 전력생성부(99)의 출력전압의 크기에 따라 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 필터가 더 연결될 수 있다. 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
22 : 제2 카메라
30 : 알람 모듈
40 : 변압기 구조체
50 : 제어부
60 : 통합감시부
71 : RFID 카드
72 : RFID 리더
75 : 모니터
76 : 실시간 철도안전 통합감시제어 시스템
81 : 제1 레일
82 : 제2 레일
83 : 제1 CT
84 : 제3 CT
85 : 제2 CT
86 : 절체 스위치
87, 88 : 커플링 유니트통합감시부
503 : 레일 카메라
504 : 전선

Claims

레일의 측면에 고정 설치되고, 열차의 차륜에서 측정된 초음파 신호를 증폭하는 신호 증폭기; 상기 증폭된 신호를 초음파 신호를 필터링하는 필터; 상기 필터링된 초음파 신호를 디지털로 변환하는 ADC; 상기 ADC를 통한 초음파 신호의 주기성을 검출하고, 상기 초음파 신호의 주기성에서 차륜이 손상됐을 때 나타나는 특정 주기성 및 차륜의 삭정 횟수와 표면 상태 정보가 발견될 경우 손상 경보를 디스플레이 장치에 표시하기 위해 제1 논리부와 제2 논리부로 구성되는 제어부; 상기 제어부로부터 정보를 전달받아 논리합을 계산하는 통합 감시부; 상기 초음파 신호를 저장하는 데이터베이스로 구성되며,
상기 제1 논리부는 상기 데이터베이스에 미리 저장된 초음파 신호 데이터를 이용하여 기준 패턴을 만들고, 상기 초음파 신호를 동적 시간 굽힘 알고리즘을 이용하여 변환하고 알고리즘 값이 일정치 이상이면 논리값 1로 판단하며 일정치 이하이면 논리값 0으로 판단하고,
상기 제2 논리부는 차륜들에 부착되어 차륜의 삭정 횟수와 표면 상태 정보를 저장하는 복수의 RFID; 레일의 측면에 설치되며, 상기 RFID를 읽는 복수의 리더 장치;를 포함하여, 상기 리더 장치로부터 상기 차륜의 삭정 횟수와 표면 상태를 전달받아 삭정 횟수가 일정치 이하이거나 표면 상태가 표준 보다 일정치 이하로 나쁘면 논리값 1로 판단하며,
상기 제1 논리부와 제2 논리부의 논리값의 합이 1일 경우 상기 통합 감시부가 경보를 발생하도록 하여,
상기 통합 감시부가 복수의 조건에 대한 논리를 조합하여 경보를 발생하도록 하여 복수의 손상 상태가 동시에 발생하여 열차가 탈선하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 안전 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 차륜의 삭정 횟수는 일정 시간 내에 일정 삭정 횟수 내에 있어야 정상치인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 안전 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 논리부는 선로에 설치되어 차륜 답면의 표면 상태를 저장하는 카메라;를 포함하여 상기 제어부는 상기 차륜 답면의 상태를 전달받아 표준 차륜 답면 마모율 보다 일정치 이하로 나쁘면 상기 복수의 차륜의 손상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 안전 모니터링 장치.
삭제
제3항에 있어서,
상기 통합 감시부는,
상기 카메라를 통해 앞서 운행된 차량이 출발한 후 촬영한 영상과 현재 운행 중인 차량이 진입하기 전 촬영한 영상을 비교하여 장애물을 판단하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 안전 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 동적 시간 굽힘 알고리즘은,
상기 ADC를 통한 초음파 신호를 기준 패턴과 비교하여 동적 시간 굽힘 값을 계산하고, 한계값 기법을 이용하여 동적 시간 굽힘 값이 미리 설정된 한계값 보다 이하이면 손상된 차륜 초음파 신호 패턴임을 탐지하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 안전 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 레일의 측면 지역에 설치된 기구함의 도어의 외측에 설치되어 경고 알람을 울리는 알람 모듈;을 더 포함하여, RFID 카드가 인식된 작업자가 현재 열차가 진입하는 위치에서 작업하고 있다면 경고 알람을 울리며, 상기 기구함의 수리자가 상기 RFID 카드에 의해 인증되지 않은 사람인 경우에도 경고 알람을 울리는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 안전 모니터링 장치.