KR102124218B1 - 열차 선로 환경 분석 장치 - Google Patents

Abstract

열차 선로 환경 분석 장치가 개시된다. 본 발명은, 열차 선로를 따라 설치된 광 케이블의 단부에 설치되어 광 케이블에 광 펄스를 인가하는 광 인가부, 광 케이블에 가해지는 외부 충격에 의해 발생한 후방 산란 광을 수신하는 광 수신부, 및 광 수신부에서의 후방 산란 광의 수신 시각 정보에 기초하여 외부 충격의 발생 위치를 분석하는 분석부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 열차 선로를 따라 설치된 광 케이블에 가해지는 충격에 따라 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 열차의 위치 및 속도 뿐만 아니라, 선로 작업 위치, 토사 붕괴 위치, 낙석 위치를 각각 구분하여 산출할 수 있게 된다.

Description

열차 선로 환경 분석 장치{Railway Track Environmental Analysis System}

본 발명은 열차 선로 환경 분석 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열차 선로를 따라 설치된 광 케이블에 가해지는 충격에 따라 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 열차의 위치 및 속도 뿐만 아니라, 선로 작업 위치, 토사 붕괴 위치, 낙석 위치를 각각 구분하여 산출할 수 있도록 하는 열차 선로 환경 분석 장치에 관한 것이다.

열차 선로 상에서의 열차의 위치를 검지하기 위해서 종래에는 전기 회로 방식이 주로 사용되고 있다.

이와 같은 전기 회로 방식은 열차 선로에 전기적인 회로를 구성하여 열차를 검지하는 방식으로서, 열차 선로를 따라 전기 설비를 연속적으로 설치해야 하므로, 설치 비용이 증가할 뿐만 아니라, 전기 설비의 유지보수 및 점검을 위한 추가 비용이 발생한다는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 종래 기술에 따른 전기 회로 방식은 열차의 위치를 약 1km 정도의 범위 내에서만 확인할 수 있다는 기술적 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 열차 선로를 따라 설치된 광 케이블에 가해지는 충격에 따라 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 열차의 위치 및 속도 뿐만 아니라, 선로 작업 위치, 토사 붕괴 위치, 낙석 위치를 각각 구분하여 산출할 수 있도록 하는 열차 선로 환경 분석 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열차 선로 환경 분석 장치는, 열차 선로를 따라 설치된 광 케이블의 단부에 설치되어 상기 광 케이블에 광 펄스를 인가하는 광 인가부; 상기 광 케이블에 가해지는 외부 충격에 의해 발생한 후방 산란 광을 수신하는 광 수신부; 및 상기 광 수신부에서의 상기 후방 산란 광의 수신 시각 정보에 기초하여 상기 외부 충격의 발생 위치를 분석하는 분석부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 외부 충격은 열차 운행, 선로 작업, 토사 붕괴, 및 낙석 중 어느 하나에 의해 발생하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분석부는, 상기 후방 산란 광의 수신 시각 정보에 기초하여, 상기 열차 선로를 따라 운행하는 열차의 이동 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분석부는, 상기 후방 산란 광의 강도에 기초하여, 상기 외부 충격의 원인을 분석하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열차 선로를 따라 설치된 광 케이블에 가해지는 충격에 따라 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 열차의 위치 및 속도 뿐만 아니라, 선로 작업 위치, 토사 붕괴 위치, 낙석 위치를 각각 구분하여 산출할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 환경 분석 방법의 원리를 설명하는 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 선로 환경 분석 장치의 동작 원리를 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 선로 환경 분석 장치의 구조를 나타내는 기능 블록도, 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 환경 분석 방법의 실행 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 환경 분석 방법의 원리를 설명하는 개념도이다. 도 1에서와 같이 광섬유 케이블(10)에 광 펄스를 입사하면, 광 펄스의 반사광의 일부가 입사단으로 되돌아오게 되는데 이를 광섬유 후방 산란 광(Back Scattering Light)이라고 한다.

이와 같은 광섬유 후방 산란 광은 광섬유 코어의 불균질성에 기인하는 것으로 알려져 있다. 한편, 본 발명자는 도 1에서와 같이 광 케이블(10)의 특정 위치에서 외부로부터 충격(Impact)이 가해지게 되면 후방 산란 광 신호의 세기(Intensity)와 후방 산란 광의 발생 위치가 변화(A→B)된다는 점을 발견하게 되었다.

구체적으로, 열차 이동에 따른 진동 등의 원인으로 광 케이블(10)에 외부 충격이 가해지는 위치(B)에서 후방 산란 광이 발생하게 되며, 진동의 강도가 커질수록 후방 산란 광 신호의 세기는 증가한다는 점을 발견하였다.

따라서, 본 발명자는 열차 선로를 따라 지중에 포설되어 있는 광 케이블(10)에 가해지는 열차의 운행에 따른 진동에 의해 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 열차의 현재 위치를 파악할 수 있게 된다는 기술적 착상을 하게 되었다.

뿐만 아니라, 본 발명자는 열차의 운행에 따라 연속적으로 발생되는 진동에 의해 연속적으로 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 열차의 이동 속도를 분석할 수 있다는 기술적 착상을 하게 되었다.

또한, 본 발명자는 열차 선로 상에서의 정비 작업이 진행됨에 따라 열차 선로에 포설되어 있는 광 케이블(10)에 진동이 가해짐에 따라 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 작업 현장의 위치를 파악할 수 있게 된다는 기술적 착상을 하게 되었다.

또한, 본 발명자는 열차 선로 상에 토사 붕괴 또는 낙석 등의 사고가 발생한 경우에 열차 선로에 포설되어 있는 광 케이블(10)에 외부 충격이 가해짐에 따라 발생되는 후방 산란 광을 분석함으로써 사고 현장의 위치를 파악할 수 있게 된다는 기술적 착상을 하게 되었다.

한편, 열차의 이동, 선로 정비 작업, 토사 붕괴 및 낙석에 따른 진동의 강도가 서로 다르기 때문에, 그에 따라 발생되는 후방 산란 광 신호의 세기 또한 서로 다르게 되며, 그 결과 후방 산란 광 신호의 세기를 비교 분석함으로써 광 케이블(10)에 가해진 충격의 구체적인 원인을 구분할 수 있게 된다는 기술적 착상을 하게 되었다.

상술한 바와 같은 기술적 착상을 구현하기 위해서 본 발명자는 도 2에서와 같은 열차 선로 환경 분석 장치(100)를 창안하였다.

도 2에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 선로 환경 분석 장치(100)는 광 케이블(10)의 단부에 설치되어 일정 주기(T)에 따라 광 케이블(10)의 단부를 통해 광 펄스를 인가하며, 광 케이블(10)에 가해지는 외부 충격에 의해 발생한 후방 산란 광 신호를 수신하고, 수신된 후방 산란 광 신호의 신호의 세기 및 수신 시각 정보에 기초하여 외부 충격의 발생 위치 및 외부 충격의 종류를 분석하는 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 선로 환경 분석 장치(100)의 구조를 나타내는 기능 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 선로 환경 분석 장치(100)는 광 인가부(110), 광 수신부(130), 및 분석부(150)를 포함한다.

구체적으로, 광 인가부(110)는 소정의 시간 주기(T)에 따라 광 케이블(10)의 단부를 통해 광 펄스를 주기적으로 인가하며, 광 수신부(130)는 광 케이블(10)에 가해지는 외부 충격에 의해 발생한 후방 산란 광 신호를 수신하고, 분석부(150)는 광 수신부(130)를 통해 수신된 후방 산란 광 신호의 신호의 세기 및 수신 시각 정보에 기초하여 외부 충격의 발생 위치 및 외부 충격의 종류를 분석하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 환경 분석 방법의 실행 과정을 설명하는 절차 흐름도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 선로 환경 분석 장치(100)를 이용한 선로 환경 분석 방법의 실행 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 광 인가부(110)는 기 설정된 소정의 시간 주기(T: 예를 들면, 1초) 별로 열차 선로를 따라 설치되어 있는 광 케이블(10)의 단부에 광 펄스를 인가한다(S410).

분석부(150)는 광 인가부(110)를 통해 첫번째로 인가된 광 펄스인 제1 광 펄스의 인가 후에 열차의 진동에 의한 충격이 전달된 광 케이블(10) 상의 제1 위치에서 발생한 후방 산란 광이 광 수신부(130)를 통해 수신되기까지의 소요 시간(t1)을 산출한다(S420).

한편, 분석부(150)는 하기의 수학식 1을 통해 열차 선로 환경 분석 장치(100)로부터 열차까지의 현재 거리(D1)을 산출함으로써, 열차의 위치를 분석한다(S430).

한편, 상기 수학식 1에서 V는 광 케이블(10)을 통한 신호의 이동 속도값이다.

이후 분석부(150)는 광 인가부(110)를 통해 두번째로 인가된 광 펄스인 제2 광 펄스의 인가 후에 열차의 진동에 의한 충격이 전달된 광 케이블(10) 상의 제2 위치에서 발생한 후방 산란 광이 광 수신부(130)를 통해 수신되기까지의 소요 시간(t2)을 산출한다(S440).

그 다음, 분석부(150)는 하기의 수학식 2을 통해 열차 선로 환경 분석 장치(100)로부터 열차까지의 현재 거리(D2)을 산출함으로써, 열차의 위치를 분석하게 된다(S450).

한편, 분석부(150)는 제1 광 펄스와 제2 광 펄스의 인가 시간 간격(T: 광 펄스 인가 주기)동안의 열차의 이동 거리(S)를 하기의 수학식 3을 통해 산출한다.

분석부(150)는, 상기와 같이 산출된 열차의 광 펄스 인가 주기(T) 당 이동 거리(S)로부터 하기의 수학식 4를 통해 열차의 이동 속도(υ)를 산출한다(S460).

한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 광 인가부(110)를 통해 광 펄스의 인가한 후에 선로 작업, 토사 붕괴, 또는 낙석 등에 의한 이벤트에 의한 충격이 전달된 광 케이블(10) 상의 특정 위치에서 발생한 후방 산란 광이 광 수신부(130)를 통해 수신되기까지의 소요 시간(t1)을 산출함으로써, 분석부(150)는 상기 수학식 1을 통해 열차 선로 환경 분석 장치(100)로부터 선로 작업, 토사 붕괴, 또는 낙석 위치까지의 거리(D1)을 산출함으로써, 이벤트 발생 위치를 분석할 수도 있을 것이다.

아울러, 본 발명을 실시함에 있어서, 분석부(150)에는 열차 이동, 선로 작업, 토사 붕괴, 및 낙석으로 인해 발생되는 후방 산란 광 신호의 평균 세기값이 각각 저장됨이 바람직할 것이다.

이에 따라, 분석부(150)는 광 수신부(130)를 통해 수신된 후방 산란 광 신호의 세기와 기 저장되어 있는 각 이벤트 유형별 광 신호의 평균 세기값을 비교함으로써 이벤트 발생 위치뿐만 아니라 해당 이벤트의 구체적인 유형까지 분석할 수 있게 된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

10: 광 케이블, 100: 열차 선로 환경 분석 장치.

Claims (3)

1. 열차 선로 환경 분석 장치에 있어서,
   열차 선로를 따라 설치된 광 케이블의 단부에 설치되어 상기 광 케이블에 광 펄스를 인가하는 광 인가부;
   상기 광 케이블에 가해지는 외부 충격에 의해 발생한 후방 산란 광을 수신하는 광 수신부; 및
   상기 광 수신부에서의 상기 후방 산란 광의 수신 시각 정보에 기초하여 상기 외부 충격의 발생 위치를 분석하는 분석부
   를 포함하며,
   상기 광 인가부는 소정의 광 펄스 인가 주기(T)에 따라 상기 광 케이블의 단부에 광 펄스를 인가하고,
   상기 분석부는, 하기 수학식 1에 의해 상기 열차 선로 환경 분석 장치로부터 열차까지의 제1 거리(D1)을 산출하며,
   <수학식 1>
   

   

   
   여기서, V는 광 케이블을 통한 신호의 이동 속도값, t1은 상기 광 인가부를 통해 첫번째로 인가된 광 펄스인 제1 광 펄스의 인가 후에 열차의 진동에 의한 충격이 전달된 광 케이블 상의 제1 위치에서 발생한 후방 산란 광을 상기 광 수신부가 수신하기까지의 소요 시간이다.
   상기 분석부는, 하기 수학식 2에 의해 상기 열차 선로 환경 분석 장치로부터 열차까지의 제2 거리(D2)을 산출하고,
   <수학식 2>
   

   

   
   여기서, V는 광 케이블을 통한 신호의 이동 속도값, t2는 상기 광 인가부를 통해 두번째로 인가된 광 펄스인 제2 광 펄스의 인가 후에 열차의 진동에 의한 충격이 전달된 광 케이블 상의 제2 위치에서 발생한 후방 산란 광을 상기 광 수신부가 수신하기까지의 소요 시간이다.
   상기 분석부는, 하기 수학식 3에 의해 상기 광 펄스 인가 주기(T) 동안의 열차의 이동 거리(S)를 산출하며,
   <수학식 3>
   

   

   
   상기 분석부는, 하기 수학식 4에 의해 열차의 이동 속도(υ)를 산출하고,
   <수학식 4>
   

   

   
   상기 분석부에는 열차 운행, 선로 작업, 토사 붕괴 및 낙석을 포함하는 이벤트 유형별로 발생되는 후방 산란 광 신호의 평균 세기값이 저장되어 있고,
   상기 분석부는, 상기 광 수신부가 수신하는 후방 산란 광 신호의 세기를 기 저장되어 있는 상기 이벤트 유형별 후방 산란 광 신호의 평균 세기값과 비교함으로써 상기 광 케이블에 가해진 상기 외부 충격의 유형을 분석하는 것인 열차 선로 환경 분석 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 외부 충격은 열차 운행, 선로 작업, 토사 붕괴, 및 낙석 중 어느 하나에 의해 발생하는 것인 열차 선로 환경 분석 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 분석부는,
   상기 후방 산란 광의 수신 시각 정보에 기초하여, 상기 열차 선로를 따라 운행하는 열차의 이동 속도를 산출하는 것인 열차 선로 환경 분석 장치.
   
   

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