KR102238669B1 - System and method for predicting and early warning surface temperature of rail using deep learning - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rail surface temperature prediction and early warning system and method using deep learning.
일반적으로 열차 운행 시에 철도 레일의 표면온도 및 내부온도를 측정 관리하고 있으며, 열차운행기준에 따른 임계치에 해당하는 경우 유지보수작업 및 열차운행규제를 시행한다. 이와 같은 레일표면온도는 철도 레일의 표면에 온도센서를 부착하여 측정되며, 레일내부온도(즉, 레일종심온도)는 운전취급규정의 설치조건에 따라 일부 구간에서만 측정되고 있다.In general, during train operation, the surface temperature and internal temperature of railroad rails are measured and managed, and maintenance work and train operation regulations are enforced if they meet the threshold values according to train operation standards. The rail surface temperature is measured by attaching a temperature sensor to the surface of the railroad rail, and the internal rail temperature (ie, rail longitudinal temperature) is measured only in some sections according to the installation conditions of the operating regulations.
바람직하게, 철도에서 레일온도와 관련된 운전취급규정은 레일내부온도를 이용하게 되어있지만, 기존의 레일에 설치된 센서 수량이 적어 레일표면온도 데이터로 대체되고 있다. Preferably, the operating regulations related to rail temperature in the railroad use the internal rail temperature, but the number of sensors installed on the existing rail is small, and thus the rail surface temperature data is being replaced.
그러나, 레일표면온도는 레일내부온도와 편차가 발생하는 문제가 있다. 특히, 레일내부온도를 측정하기 위한 센서는 철도 레일의 유지보수 및 레일 안정성 문제로 인해 운행중인 레일에 설치가 어렵다.However, there is a problem that the rail surface temperature deviates from the rail internal temperature. In particular, the sensor for measuring the temperature inside the rail is difficult to install on the running rail due to the railroad rail maintenance and rail stability problems.
또한, 레일표면온도를 측정하기 위해 온도센서를 설치하는 경우에도 레일의 곡선, 양지 및 통풍이 잘 안되는 구간이나 보수작업에 지장이 되지 않는 장소에만 설치해야한다는 한계가 있다.In addition, even when a temperature sensor is installed to measure the surface temperature of the rail, there is a limitation that it should be installed only in the curved, sunny, and poorly ventilated section of the rail or in a place that does not interfere with maintenance work.
이와 관련하여, 한국등록특허 제10-0471346호는 철도 분기기에서의 유무선을 이용한 원격 분기 선로 감시시스템을 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Registration No. 10-0471346 discloses a remote branch line monitoring system using wired and wireless lines in a railroad turnout.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기준위치의 대기온도, 레일표면온도, 레일내부온도 등을 인공지능(딥러닝 등) 학습하고, 학습결과를 이용하여 다지점에서 측정되는 레일표면온도를 이용하여 보다 정확한 레일표면온도 및 레일내부온도를 예측함으로써, 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, artificial intelligence (deep learning, etc.) learning the atmospheric temperature, rail surface temperature, rail internal temperature, etc. at a reference position, and measured at multiple points using the learning result. It is intended to provide a rail surface temperature prediction and early warning system and method thereof using deep learning by predicting more accurate rail surface temperature and rail internal temperature using the rail surface temperature.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 컴퓨터 장치에 의해 수행되는, 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법은 (a) 비접촉식 온도센서로부터 철도 레일의 표면온도정보를 획득하는 단계; (b) 서버로부터 획득된 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델을 학습하는 단계; (c) 비접촉식 온도센서로부터 획득된 표면온도정보를 기반으로 제1 상관관계 모델을 적용하여 보정 표면온도정보를 도출하는 단계; 및 (d) 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델을 적용하여 예측 표면온도정보를 산출하는 단계를 포함하되, 기존 레일온도정보는 외부 레일온도검지장치에 의해, 측정된 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 포함한다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning, performed by the computer device according to the first aspect of the present invention, includes (a) the non-contact temperature sensor of the railroad rail. Obtaining surface temperature information; (b) learning a first correlation model based on the existing rail temperature information obtained from the server; (c) deriving corrected surface temperature information by applying a first correlation model based on the surface temperature information obtained from the non-contact temperature sensor; And (d) calculating predicted surface temperature information by applying a second correlation model based on weather forecast information including corrected surface temperature information and predicted time information and atmospheric temperature information, wherein the existing rail temperature information is It includes the existing rail internal temperature and the existing rail surface temperature measured by the external rail temperature detection device.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템은 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 프로그램을 저장하는 메모리; 및 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는, 프로그램이 실행됨에 따라, 비접촉식 온도센서로부터 철도 레일의 표면온도정보를 획득하고, 서버로부터 획득된 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델을 학습하고, 비접촉식 온도센서로부터 획득된 표면온도정보를 기반으로 제1 상관관계 모델을 적용하여 보정 표면온도정보를 도출하고, 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델을 적용하여 레일표면온도를 산출하되, 기존 레일온도정보는 외부 레일온도검지장치에 의해, 측정된 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 포함한다. In addition, a rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning according to a second aspect of the present invention includes a memory for storing a rail surface temperature prediction and early warning program using deep learning; And a processor executing the program, wherein the processor obtains surface temperature information of the railroad rail from the non-contact temperature sensor as the program is executed, and creates a first correlation model based on the existing rail temperature information obtained from the server. It learns and derives the corrected surface temperature information by applying the first correlation model based on the surface temperature information obtained from the non-contact temperature sensor, and provides weather forecast information including the corrected surface temperature information and predicted time information and atmospheric temperature information. As a basis, the rail surface temperature is calculated by applying the second correlation model, and the existing rail temperature information includes the existing rail internal temperature and the existing rail surface temperature measured by an external rail temperature detection device.
본 발명은 비접촉식 온도센서를 설치하여 향후 철도 레일의 유지보수가 용이하는 장점이 있다. 또한 레일 내부에 온도센서를 설치하는 것에 비해 비교적 설치가 용이한 비접촉식 온도센서를 통해 레일표면온도를 측정함으로써, 철도 운행 시에 쉽게 적용 가능하다.The present invention has the advantage of easy maintenance of a railroad rail in the future by installing a non-contact temperature sensor. In addition, by measuring the rail surface temperature through a non-contact temperature sensor that is relatively easy to install compared to installing a temperature sensor inside the rail, it can be easily applied during railroad operation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델을 학습하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델을 학습하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도센서가 철도 레일에 배치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a block diagram of a rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic configuration diagram illustrating a process of learning a first correlation model based on existing rail temperature information according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a process of learning a second correlation model based on weather forecast information including corrected surface temperature information, predicted time information, and air temperature information according to an embodiment of the present invention. .
4 is a diagram schematically showing a state in which a non-contact temperature sensor according to an embodiment of the present invention is disposed on a railroad rail.
5 is a flowchart illustrating a method of predicting rail surface temperature and early warning using deep learning according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.In the present specification, the term "unit" includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both. Further, one unit may be realized by using two or more hardware, or two or more units may be realized by one piece of hardware. Meanwhile,'~ unit' is not meant to be limited to software or hardware, and'~ unit' may be configured to be in an addressable storage medium or configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example,'~ unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. Components and functions provided in the'~ units' may be combined into a smaller number of elements and'~ units', or may be further separated into additional elements and'~ units'. In addition, components and'~ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or a security multimedia card.
이하에서 언급되는 "시스템"은 네트워크를 통해 서버나 타 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터나 휴대용 단말기로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등을 포함한다. The "system" mentioned below may be implemented as a computer or portable terminal that can access a server or other terminal through a network. Here, the computer includes, for example, a notebook equipped with a web browser, a desktop, and a laptop.
휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치이고, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. The portable terminal is, for example, a wireless communication device that guarantees portability and mobility, and may be any kind of handheld-based wireless communication device such as, for example, a smart phone, a tablet PC, or a notebook.
또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.In addition, a network refers to a connection structure in which information exchange is possible between nodes such as terminals and servers, and includes a local area network (LAN), a wide area network (WAN), and the Internet (WWW). : World Wide Web), wired and wireless data networks, telephone networks, wired and wireless television networks, etc. Examples of wireless data networks include 3G, 4G, 5G, 3GPP (3rd Generation Partnership Project), LTE (Long Term Evolution), WIMAX (World Interoperability for Microwave Access), Wi-Fi, Bluetooth communication, infrared communication, and ultrasound. Communication, Visible Light Communication (VLC), LiFi, and the like are included, but are not limited thereto.
한편, 고속철도의 경우 레일온도검지장치를 설치(18개소)하여 실시간으로 레일의 온도를 측정관리하고 있으며, 고속철도 운전취급 규정 제 40조에 의하면 레일온도가 64℃ 이상일 때는 운행중지, 60℃ 이상 64℃ 미만일 때는 70km/h 이하로 서행운전, 55℃ 이상 60℃미만일 때는 230km/h 이하로 서행운전, 레일온도가 50℃ 이상 55℃ 미만일 때는 주의 운전토록 하고 있다. 또한, 일반철도의 경우 코레일 시설사업소별 76개소 측정(일일 회 : 12시, 14시, 16시)하도록 함으로써 기온상승시 열차순회점검 강화토록 하며, 혹서기에 안전설비를 마련하여 사용 가능하도록 하고 있다.On the other hand, in the case of high-speed rail, rail temperature detection devices are installed (18 locations) to measure and manage the temperature of the rail in real time. If it is less than 70km/h, it is recommended to drive slowly at 70km/h or less, if it is 55℃ or more and less than 60℃, slow drive at 230km/h or less, and when the rail temperature is 50℃ or more and less than 55℃, it is recommended to drive carefully. In addition, in the case of general railroads, 76 locations per KORAIL facility office are measured (daily: 12, 14, and 16:00) to reinforce the inspection of trains when the temperature rises, and safety facilities are provided for use in hot weather. have.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템(100)은 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 프로그램을 저장하는 메모리(110) 및 프로그램을 실행하는 프로세서(130)를 포함하되, 프로세서(130)는 프로그램이 실행됨에 따라, 비접촉식 온도센서(20)로부터 철도 레일의 표면온도정보를 획득하고, 서버(10)로부터 획득된 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델을 학습하고, 비접촉식 온도센서로부터 획득된 표면온도정보를 기반으로 제1 상관관계 모델을 적용하여 보정 표면온도정보를 도출하고, 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델을 적용하여 레일표면온도를 산출할 수 있다. 여기서, 기존 레일온도정보는 외부 레일온도검지장치에 의해, 측정된 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 포함한다.Referring to FIG. 1, a rail surface temperature prediction and
이에 따라, 기존의 다수 설치된 레일온도검지장치를 활용하여 레일내부온도의 예측이 가능하다. 또한 기상예보정보를 이용하여 레일표면온도를 사전에 예측함으로써 위험을 조기경보할 수 있다. Accordingly, it is possible to predict the internal temperature of the rail using a plurality of existing rail temperature detection devices. In addition, by predicting the rail surface temperature in advance using weather forecast information, it is possible to warn of danger early.
한편, 본 발명에 적용되는 인공지능기술은 기계학습, 지식추론, 시각지능 및 언어지능 등으로 분류되며, 본 발명은 하나의 예로서 기계학습의 딥러닝 방법이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 머신러닝, 클러스터링 등이 적용될 수도 있다.Meanwhile, the artificial intelligence technology applied to the present invention is classified into machine learning, knowledge reasoning, visual intelligence, and language intelligence, and the present invention is not limited thereto, although the deep learning method of machine learning may be applied as an example. Machine learning, clustering, etc. may be applied.
이하에서는 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템(100)을 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, the rail surface temperature prediction and
구체적으로, 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템(100)은 메모리(110), 통신부(120) 및 프로세서(130)를 포함하며, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑(laptop) 컴퓨터, 서버, 휴대용 단말기 등과 같은 통신 기능을 구비한 전자 장치에서 구동될 수 있다.Specifically, the rail surface temperature prediction and
메모리(110)는 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 프로그램(또는 적어도 하나의 인스트럭션(instruction))을 저장한다. 이때, 메모리(110)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.The
통신부(120)는 기존 레일온도정보 및 기상예보정보를 제공하는 서버(10) 및 철도 레일의 표면온도를 측정하는 비접촉식 온도센서(20)와 같은 외부 장치와 통신을 하게하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(120)는 유선 또는 무선 데이터 통신을 수행하는 LAN(Local Area Network) 이나 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth Low Energy), 적외선(IrDA, infrared Data Association), 지그비(Zigbee) 통신 중 적어도 하나를 수행할 수 있는 구성 요소를 포함할 수 있다. 또는 통신부(120)는 이동 통신망 또는 방송 통신망을 통해 무선 신호를 송수신할 수도 있다.The
프로세서(130)는 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 이를 위해, 프로세서(130)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), CPU, GPU(Graphic Processing Unit) 및 버스(bus) 중 적어도 하나를 포함 할 수 있다.The
또한, 프로세서(130)는 메모리(110)에 저장된 프로그램을 실행함으로써, 레일표면온도 예측 및 조기경보 프로세스를 수행한다. In addition, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델을 학습하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.2 is a schematic configuration diagram illustrating a process of learning a first correlation model based on existing rail temperature information according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델을 학습하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram for explaining a process of learning a second correlation model based on weather forecast information including corrected surface temperature information, predicted time information, and air temperature information according to an embodiment of the present invention. .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도센서가 철도 레일에 배치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a view schematically showing a state in which a non-contact temperature sensor according to an embodiment of the present invention is disposed on a railroad rail.
도 2 및 도 3을 참조하면 프로세서(130)는 비접촉식 온도센서(20)로부터 철도 레일(40)의 표면온도정보를 획득하고, 서버(10)로부터 획득된 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델(210)을 학습할 수 있다. 2 and 3, the
이때 제1 상관관계 모델(210)은 획득된 표면온도정보와 기존 레일온도정보를 기초로 레일내부온도와 레일표면온도 간의 상관관계가 학습될 수 있다.In this case, the
즉, 기존 레일온도정보는 외부 레일온도검지장치에 의해, 측정된 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 포함할 수 있다.That is, the existing rail temperature information may include the existing rail internal temperature and the existing rail surface temperature measured by the external rail temperature detection device.
일 예로, 서버(10)는 기존에 설치되어 있는 외부 레일온도검지장치와 같은 외부 서버로서, 레일온도정보를 측정 및 관리할 수 있다. 또한 서버(10)는 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.As an example, the
예시적으로, 제1 상관관계 모델(210)은 비접촉식 온도센서(20)로부터 실시간으로 수신하는 레일(40)의 표면온도정보를 기반으로 보정 표면온도정보를 도출할 수 있다. For example, the
예시적으로, 프로세서(130)는 통신부(120)를 통해 획득한 기존 레일온도정보와 비접촉식 온도센서(20)로부터 실시간으로 획득한 철도 레일(40)의 표면온도정보로부터 다수의 학습 데이터를 생성하고, 딥러닝 기계학습을 통해 레일내부온도와 레일표면온도의 사이의 상관관계를 학습하여 제1 상관관계 모델(210)을 생성할 수 있다.For example, the
추가 실시예로, 프로세서(130)는 서버(10)로부터 기존 레일표면온도 및 기존 레일내부온도를 수집하고, 비접촉식 온도센서(20)로부터 실시간으로 레일표면온도를 수집할 수 있다. 이어서, 딥러닝 학습에 이용될 수 있도록 전처리하고, 전처리된 데이터를 다수의 학습 데이터로 생성할 수 있다.In a further embodiment, the
또한, 프로세서(130)는 레일표면온도와 레일내부온도와의 상관관계를 정의하기 위해 제1 상관관계 모델(210)을 통하여 기계학습을 수행할 수 있다. 이때, 기계학습이 반복적으로 수행됨에 따라 각 온도범위별 내부·표면온도 데이터들의 누적수가 소정의 기준값 이상인 경우, 내부·표면온도 데이터들을 기준 데이터로 설정할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 제1 상관관계 모델(210)을 적용하여 기준 데이터에 부합하는 기존 레일온도정보와 표면온도정보를 기반으로 어느 하나의 레일내부온도 데이터와 복수의 레일표면온도 데이터 간의 상관관계를 도출할 수 있다. 일 예로, 도출된 내부·표면온도 데이터는 행렬 형태(matrix)로 데이터베이스에 저장될 수 있다. In addition, the
또한, 프로세서(130)는 비접촉식 온도센서(20)로부터 실시간으로 복수의 표면온도정보를 획득하는 경우, 기준 데이터와 획득한 레일표면온도 데이터에 대한 정규분포 분석을 통해 정규화 데이터를 도출하고, 정규화 데이터에 대한 분산 정도의 비교 분석을 통해 기준 데이터에 부합하는 보정 레일표면온도를 도출할 수 있다.In addition, when obtaining a plurality of surface temperature information in real time from the
도 3을 참조하면 프로세서(130)는 보정 표면온도정보와 서버(10)로부터 획득된 대기온도정보를 기초로 제2 상관관계 모델(220)을 학습할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
제2 상관관계 모델(220)은 보정 표면온도정보와 서버(10)로부터 획득된 대기온도정보를 기초로 레일표면온도와 대기온도 간의 상관관계가 학습될 수 있다.The
일 예로, 서버(10)는 기상 관측 서버와 같은 외부 서버 일 수 있으며, 기상예보정보를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다. 이때 기상예보정보는 예측시간정보와 대기온도정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기상예보정보는 예측 날짜와 해당 날짜의 시간대별 대기온도를 의미한다. For example, the
예시적으로, 제2 상관관계 모델(220)은 제1 상관관계 모델(210)로부터 도출된 보정 표면온도정보 및 서버(10)로부터 획득한 기상예보정보를 기초로 예측 레일표면온도를 산출할 수 있다.For example, the
예시적으로, 프로세서(130)는 제1 상관관계 모델(210)로부터 도출한 보정 표면온도정보와 서버(10)로부터 획득한 기상예보정보로부터 다수의 학습 데이터를 생성하고, 딥러닝 기계학습을 통해 레일표면온도와 대기온도의 사이의 상관관계를 학습하여 제2 상관관계 모델(220)을 생성할 수 있다.For example, the
추가 실시예로, 프로세서(130)는 서버(10)로부터 예측시간과 대기온도를 수집하고, 보정 레일표면온도를 수집할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 레일표면온도와 대기온도와의 상관관계를 정의하기 위해 제2 상관관계 모델(220)을 통하여 기계학습을 수행할 수 있다. 이때, 기계학습이 반복적으로 수행됨에 따라 각 온도범위별 표면·대기온도 데이터들의 누적수가 소정의 기준값 이상인 경우, 표면·대기온도 데이터들을 기준 데이터로 설정할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 제2 상관관계 모델(220)을 적용하여 기준 데이터에 부합하는 보정 표면온도정보와 기상예보정보를 기반으로 어느 하나의 레일표면온도 데이터와 복수의 대기온도 데이터 간의 상관관계를 도출할 수 있다. 일 예로, 도출된 표면·대기온도 데이터는 제1 상관관계 모델(210)을 통해 도출된 내부·표면온도 데이터와 매칭될 수 있으며, 매칭된 내부·표면·대기온도 데이터가 행렬 형태(matrix)로 데이터베이스에 저장될 수 있다. In a further embodiment, the
또한, 프로세서(130)는 외부 서버(10)로부터 기상예보정보를 수신하는 경우, 기준 데이터와 수신한 대기온도 데이터에 대한 정규분포 분석을 통해 정규화 데이터를 도출하고, 정규화 데이터에 대한 분산 정도의 비교 분석을 통해 기준 데이터에 부합하는 예측 레일표면온도를 도출할 수 있다.In addition, when receiving the weather forecast information from the
이로 인해, 사용자는 일간, 주간 및 월간 열차 운행 계획시 참고할 수 있도록 기상예보정보에 기초한 예측 레일표면온도를 제공받을 수 있다. 이와 같은 예측 레일표면온도를 이용하여, 조기경보를 수행할 수 있으며, 효율적으로 인적·물적 자원분배를 할 수 있다.Accordingly, the user may be provided with a predicted rail surface temperature based on weather forecast information for reference when planning daily, weekly and monthly train operation. Using such predicted rail surface temperature, early warning can be performed, and human and material resources can be efficiently distributed.
또한 프로세서(130)는 산출된 예측 표면온도정보가 기설정된 온도범위에 매칭되는 경우, 조기경보정보를 제공할 수 있다. 이때 조기경보정보는 운행중지, 서행운전 및 주의운전을 포함할 수 있다.In addition, the
예시적으로, 기설정된 온도범위는 레일온도가 64℃ 이상일 때는 운행중지, 60℃ 이상 64℃ 미만일 때는 70km/h 이하로 서행운전, 55℃ 이상 60℃미만일 때는 230km/h 이하로 서행운전, 레일온도가 50℃ 이상 55℃ 미만일 때는 주의 운전하도록 규정된 고속철도 운전취급 규정을 기초하여 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Exemplarily, the preset temperature range is: stop running when the rail temperature is above 64℃, slow driving at 70km/h or less when the rail temperature is more than 60℃ and less than 64℃, and slow driving at 230km/h or less when the rail temperature is 55℃ or more and less than 60℃. When the temperature is 50°C or more and less than 55°C, it may be set based on the rules for handling high-speed railways, which are prescribed for careful operation, but are not limited thereto.
따라서, 사용자는 수시로 기상예보정보가 변동되는 경우에도 열차 운행에 참고하도록 실시간으로 업데이트되는 조기경보정보를 제공받을 수 있다.Accordingly, even when the weather forecast information changes from time to time, the user may be provided with early warning information updated in real time to refer to train operation.
한편, 도 4에 도시된 것처럼, 비접촉식 온도센서(20)는 다수의 침목(30) 사이에 배치된 한 쌍의 레일(40)의 외측면에 복수개 이격 배치되되, 적외선 또는 레이저 주사방식을 포함한 센서일 수 있다. 일 예로, 비접촉식 온도센서(20)는 철도 레일(40)의 복수의 표면온도정보를 실시간으로 측정할 수 있으며, 프로세서(130)는 측정된 복수의 표면온도정보를 수신할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 4, the
이하에서는 상술한 도 1 내지 도4에 도시된 구성 중 동일한 기능을 수행하는 구성의 경우 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, a description of a configuration that performs the same function among the configurations illustrated in FIGS. 1 to 4 will be omitted.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of predicting rail surface temperature and early warning using deep learning according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면 본 발명의 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법은 비접촉식 온도센서(20)로부터 철도 레일(40)의 표면온도정보를 획득하는 단계(S110), 서버(10)로부터 획득된 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델(210)을 학습하는 단계(S120), 비접촉식 온도센서(20)로부터 획득된 표면온도정보를 기반으로 제1 상관관계 모델(210)을 적용하여 보정 표면온도정보를 도출하는 단계(S130) 및 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델(220)을 적용하여 예측 표면온도정보를 산출하는 단계(S140)를 포함한다. Referring to Figure 5, the rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning of the present invention is the step of acquiring surface temperature information of the
여기서 기존 레일온도정보는 외부 레일온도검지장치에 의해, 측정된 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 포함할 수 있다.Here, the existing rail temperature information may include the existing rail internal temperature and the existing rail surface temperature measured by the external rail temperature detection device.
비접촉식 온도센서(20)는 다수의 침목(30) 사이에 배치된 한 쌍의 레일(40)의 외측면에 복수개 이격 배치되되, 적외선 또는 레이저 주사방식을 포함한 온도센서일 수 있다. The non-contact
예시적으로 제1 상관관계 모델(210)은 획득된 표면온도정보와 기존 레일온도정보를 기초로 레일내부온도와 레일표면온도 간의 상관관계가 학습될 수 있다. 제2 상관관계 모델(220)은 보정 표면온도정보와 서버(10)로부터 획득된 대기온도정보를 기초로 레일표면온도와 대기온도 간의 상관관계가 학습될 수 있다.For example, the
또한 본 발명의 딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법은 산출된 예측 표면온도정보가 기설정된 온도범위에 매칭되는 경우, 조기경보정보를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 조기경보정보는 운행중지, 서행운전 및 주의운전을 포함할 수 있다.In addition, the rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning of the present invention may further include providing early warning information when the calculated predicted surface temperature information matches a preset temperature range. At this time, the early warning information may include stopping the operation, slow driving and careful driving.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. An embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer, and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Further, the computer-readable medium may include a computer storage medium. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.Although the methods and systems of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general-purpose hardware architecture.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and are not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
10: 서버
110: 메모리
120: 통신부
130: 프로세서
20: 비접촉식 온도센서
210: 1차 상관관계 모델
220: 2차 상관관계 모델
30: 침목
40: 레일 10: server
110: memory
120: communication department
130: processor
20: non-contact temperature sensor
210: first order correlation model
220: quadratic correlation model
30: sleepers
40: rail
Claims (10)
(a) 비접촉식 온도센서로부터 철도 레일의 표면온도정보를 획득하는 단계;
(b) 서버로부터 획득된 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델을 학습하는 단계;
(c) 상기 비접촉식 온도센서로부터 획득된 표면온도정보를 기반으로 상기 제1 상관관계 모델을 적용하여 보정 표면온도정보를 도출하는 단계; 및
(d) 상기 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델을 적용하여 예측 표면온도정보를 산출하는 단계를 포함하되,
상기 기존 레일온도정보는
외부 레일온도검지장치에 의해, 측정된 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 포함하는 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법.
In the rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning performed by a computer device,
(a) obtaining information on the surface temperature of the railroad rail from the non-contact temperature sensor;
(b) learning a first correlation model based on the existing rail temperature information obtained from the server;
(c) deriving corrected surface temperature information by applying the first correlation model based on the surface temperature information obtained from the non-contact temperature sensor; And
(d) calculating predicted surface temperature information by applying a second correlation model based on weather forecast information including the corrected surface temperature information and predicted time information and atmospheric temperature information,
The above existing rail temperature information is
Including the existing rail internal temperature and the existing rail surface temperature measured by the external rail temperature detection device,
Rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning.
상기 제1 상관관계 모델은
상기 획득된 표면온도정보와 상기 기존 레일온도정보를 기초로 레일내부온도와 레일표면온도 간의 상관관계가 학습된 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법.
The method of claim 1,
The first correlation model is
Based on the obtained surface temperature information and the existing rail temperature information, the correlation between the rail inner temperature and the rail surface temperature is learned,
Rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning.
상기 제2 상관관계 모델은
상기 보정 표면온도정보와 상기 서버로부터 획득된 대기온도정보를 기초로 레일표면온도와 대기온도 간의 상관관계가 학습된 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법.
The method of claim 1,
The second correlation model is
The correlation between the rail surface temperature and the air temperature is learned based on the corrected surface temperature information and the air temperature information obtained from the server,
Rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning.
(e) 상기 산출된 예측 표면온도정보가 기설정된 온도범위에 매칭되는 경우, 조기경보정보를 제공하는 단계를 더 포함하되,
상기 조기경보정보는 운행중지, 서행운전 및 주의운전을 포함하는 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법.
The method of claim 1,
(e) further comprising the step of providing early warning information when the calculated predicted surface temperature information matches a preset temperature range,
The early warning information is to include stop, slow driving and careful driving,
Rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning.
상기 비접촉식 온도센서는
다수의 침목 사이에 배치된 한 쌍의 레일의 외측면에 복수개 이격 배치되되,
적외선 또는 레이저 주사방식을 포함한 온도센서인 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 방법.
The method of claim 1,
The non-contact temperature sensor
A plurality of spaced apart are arranged on the outer surface of a pair of rails arranged between a plurality of sleepers,
It is a temperature sensor including infrared or laser scanning method,
Rail surface temperature prediction and early warning method using deep learning.
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 프로그램을 저장하는 메모리; 및
상기 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는, 상기 프로그램이 실행됨에 따라,
비접촉식 온도센서로부터 철도 레일의 표면온도정보를 획득하고,
서버로부터 획득된 기존 레일온도정보를 기초로 제1 상관관계 모델을 학습하고,
상기 비접촉식 온도센서로부터 획득된 표면온도정보를 기반으로 상기 제1 상관관계 모델을 적용하여 보정 표면온도정보를 도출하고,
상기 보정 표면온도정보 및 예측시간정보와 대기온도정보를 포함하는 기상예보정보를 기초로 제2 상관관계 모델을 적용하여 레일표면온도를 산출하되,
상기 기존 레일온도정보는
외부 레일온도검지장치에 의해, 측정된 기존 레일내부온도와 기존 레일표면온도를 포함하는 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템.
In the rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning,
A memory for storing rail surface temperature prediction and early warning programs using deep learning; And
Including a processor that executes the program,
The processor, as the program is executed,
Acquire the surface temperature information of the railroad rail from the non-contact temperature sensor,
Learning the first correlation model based on the existing rail temperature information obtained from the server,
Applying the first correlation model based on the surface temperature information obtained from the non-contact temperature sensor to derive the corrected surface temperature information,
The rail surface temperature is calculated by applying a second correlation model based on weather forecast information including the corrected surface temperature information, predicted time information, and air temperature information,
The above existing rail temperature information is
Including the existing rail internal temperature and the existing rail surface temperature measured by the external rail temperature detection device,
Rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning.
상기 제1 상관관계 모델은
상기 획득된 표면온도정보와 상기 기존 레일온도정보를 기초로 레일내부온도와 레일표면온도 간의 상관관계가 학습된 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템.
The method of claim 6,
The first correlation model is
Based on the obtained surface temperature information and the existing rail temperature information, the correlation between the rail inner temperature and the rail surface temperature is learned,
Rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning.
상기 제2 상관관계 모델은
상기 보정 표면온도정보와 상기 서버로부터 획득된 대기온도정보를 기초로 레일표면온도와 대기온도 간의 상관관계가 학습된 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템.
The method of claim 6,
The second correlation model is
The correlation between the rail surface temperature and the air temperature is learned based on the corrected surface temperature information and the air temperature information obtained from the server,
Rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning.
상기 프로세서는
상기 산출된 예측 표면온도정보가 기설정된 온도범위에 매칭되는 경우, 조기경보정보를 제공하되,
상기 조기경보정보는 운행중지, 서행운전 및 주의운전을 포함하는 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템.
The method of claim 6,
The processor is
When the calculated predicted surface temperature information matches a preset temperature range, early warning information is provided,
The early warning information includes stop, slow driving and careful driving,
Rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning.
상기 비접촉식 온도센서는
다수의 침목 사이에 배치된 한 쌍의 레일의 외측면에 복수개 이격 배치되되,
적외선 또는 레이저 주사방식을 포함한 센서인 것인,
딥러닝을 이용한 레일표면온도 예측 및 조기경보 시스템.The method of claim 6,
The non-contact temperature sensor
A plurality of spaced apart are arranged on the outer surface of a pair of rails arranged between a plurality of sleepers,
It is a sensor including an infrared or laser scanning method,
Rail surface temperature prediction and early warning system using deep learning.
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KR1020190143642A KR102238669B1 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | System and method for predicting and early warning surface temperature of rail using deep learning |
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KR1020190143642A KR102238669B1 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | System and method for predicting and early warning surface temperature of rail using deep learning |
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