KR102268917B1 - 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents

선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102268917B1
KR102268917B1 KR1020190086830A KR20190086830A KR102268917B1 KR 102268917 B1 KR102268917 B1 KR 102268917B1 KR 1020190086830 A KR1020190086830 A KR 1020190086830A KR 20190086830 A KR20190086830 A KR 20190086830A KR 102268917 B1 KR102268917 B1 KR 102268917B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
value
vibration
maximum amplitude
line
frequency
Prior art date
Application number
KR1020190086830A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210009798A (ko
Inventor
오용탁
Original Assignee
오용탁
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오용탁 filed Critical 오용탁
Priority to KR1020190086830A priority Critical patent/KR102268917B1/ko
Publication of KR20210009798A publication Critical patent/KR20210009798A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102268917B1 publication Critical patent/KR102268917B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0025—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

개시된 내용은 선로 또는 철도의 안정성을 모니터링하는 방법 및 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 선로에서 물리값을 측정하여 손상 여부를 판단하는 기술에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 선로의 안정성을 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 선로의 수직방향 성분의 제1진동값을 측정하는 제1단계, 상기 제1진동값을 주파수영역으로 변환하는 제2단계, 상기 주파수영역에서 최대진폭값과 상기 최대진폭값을 가지는 최대진폭주파수를 추출하는 제3단계 및 상기 제1진동값의 진폭이 제1안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제1안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제4단계를 포함하는 선로 안정성 모니터링 방법을 일 실시 예로 제시한다.

Description

선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템{Method and System of monitoring stability of railroad}
개시된 내용은 선로 또는 철도의 안정성을 모니터링하는 방법 및 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 선로에서 물리값을 측정하여 손상 여부를 판단하는 기술에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
열차는 고정된 경로를 따라 설치된 선로 위를 이동하여, 이동시간이 정확하다. 이에 따라, 다수의 사람들이 일상생활에서 이용하고 있으며, 산업현장 등에서 화물 등을 운반하는데도 유용하게 활용되고 있다.
열차는 선로 위를 주행한다는 점에서 여타 다른 교통수단과 차이가 있으며, 이에 따라 열차만의 특수성이 포함되는 안정성 판단이 필요하다.
선로를 이루는 구성요소를 살펴보면, 연속 형성되는 레일, 그 레일의 하부를 지지하는 다수의 침목 및 침목을 지지하는 자갈층 또는 콘크리트층으로 구성될 수 있다.
일반적인 선로는 견고한 노반 위에 도상을 정해진 두께로 포설하고, 그 위에 침목을 일정 간격으로 부설하여 침목 위에 두 줄의 선로를 소정 간격으로 평행하게 체결한다. 시공기면 이하의 노반과 함께 열차 하중을 직접 지지하는 중요한 역할을 하는 도상 윗부분을 궤도라고 총칭한다.
이때, 침목은 선로 길이 10m 당 보통 15본 ~ 17본을 배치하는 바, 침목과 침목 간의 간격이 일정하게 유지되어야 하고, 그 높낮이(수평)도 일정하게 유지되어야 한다. 만일, 침목 간의 간격이 일정하지 않거나 높낮이가 틀리면, 열차의 하중이 균등하게 분포되지 않아서 선로가 휘거나 균일이 발생하고 또는 침목의 균열이 발생하게 되며, 그로 인하여 선로 또는 침목 및 차륜의 보수비가 증가하고 열차의 노후화가 가속화되는 문제가 있고, 이로 인하여, 안전사고가 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
이를 방지하기 위하여 선로의 안정성 또는 적합성을 검사하고 있으나, 오랜 경험을 갖고 있는 검진도공의 검사에 의존하고 있는 실정이며, 이로 인해, 시간, 인력의 낭비는 물론 경제적인 낭비를 초래하고 있었다.
이에 한국특허공보 제10-1734376호에서, 선로 상을 지나가면서, 바퀴를 통해 선로의 균열을 감지하는 철도 레일 균열 감지 장치를 게시하고 있어, 다소 경제적이나, 발명의 실시를 위해서는 별도의 시간 및 인력이 필요하다는 문제점이 여전히 남아 있었다.
1. 한국특허공보 제10-1734376호
선로에 설치되어 상시적으로 선로의 안정성을 모니터링할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
또한 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
개시된 내용은 선로의 안정성을 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 선로의 수직방향 성분의 제1진동값을 측정하는 제1단계, 상기 제1진동값을 주파수영역으로 변환하는 제2단계, 상기 주파수영역에서 최대진폭값과 상기 최대진폭값을 가지는 최대진폭주파수를 추출하는 제3단계 및 상기 제1진동값의 진폭이 제1안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제1안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제4단계를 포함하는 선로 안정성 모니터링 방법을 일 실시 예로 제시한다.
개시된 실시 예에 따르면, 상시적으로 지반의 침하 및 선로의 손상여부를 모니터링할 수 있는 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 실시 예들의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 개시된 내용의 일 실시 예에 따른 선로 안정성 모니터링 방법의 흐름도.
도 2는 개시된 내용의 일 실시 예에 따른 센서부의 사용상태도.
도 3은 개시된 내용의 일 실시 예에 따라 진동을 측정하는 그래프.
도 4는 개시된 내용의 일 실시 예에 따라 주파수영역으로 변환된 그래프.
도 5는 개시된 내용의 일 실시 예에 따라 최대진폭주파수의 변화를 도시한 그래프.
도 6는 개시된 내용의 일 실시 예에 따라 최대진폭값의 변화를 도시한 그래프.
도 7는 개시된 내용의 일 실시 예에 따른 선로 안정성 모니터링 시스템의 구성도.
도 8은 개시된 내용의 일 실시 예에 따른 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템의 사용상태도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들을 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 개선된 선로 안정성 모니터링 방법의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하여 설명하면, 선로 안정성 모니터링 방법은, 상기 선로(R)의 수직방향 성분의 제1진동값을 측정하는 제1단계, 상기 제1진동값을 주파수영역으로 변환하는 제2단계, 상기 주파수영역에서 최대진폭값과 상기 최대진폭값을 가지는 최대진폭주파수를 추출하는 제3단계 및 상기 제1진동값이 제1안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제1안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제4단계를 포함한다.
보다 상세하게 살펴보면, 제1단계는 상기 선로(R)의 수직방향 성분의 제1진동값을 측정한다. 모니터링의 대상인 선로(R)에 진동을 측정할 수 있는 센서부(10)를 설치하여, 상기 선로(R)의 수직방향 성분의 제1진동값을 측정할 수 있다. 수직방향 성분의 제1진동값을 측정하는 이유는 선로(R)의 손상이 발생하거나, 선로(R) 하부에 지반침하가 발생하는 것을 감지하기 위한 것으로, 후술하는 바와 같이 안정상태의 진동값과 비교하기 위함이다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1진동값을 측정하기 위한 센서로는 가속도센서(11)를 사용할 수 있다. 가속도센서(11)는 1축, 2축 및 3축으로 구분할 수 있으며, 상기 선로(R)의 수직방향 성분의 진동만을 측정하기 위해서는 1축 가속도센서(11)로도 충분하지만, 선로(R)의 진동은 한 방향으로만 발생하지 않고, 후술하는 수평방향 성분의 제2진동값을 더 측정하기 위하여 3축 가속도센서(11)를 사용함이 바람직하다. 진동을 측정하기 위한 센서로써, 가속도센서(11)로 예를 들고 있으나, 진동을 측정할 수 있는 모든 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 상기 선로(R)의 수평방향 성분의 제2진동값을 더 측정할 수 있다. 상기 제2진동값은 상기 선로(R)의 수평방향 성분의 진동을 의미하며, 선로(R)의 길이방향 성분의 진동 및 선로(R)와 수평직각방향 성분의 진동을 모두 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 수직방향 성분의 진동은 Y축 진동을 의미하며, 상기 길이방향 성분의 진동은 Z축 진동, 상기 수평직각방향 성분의 진동은 X축 진동을 의미한다. 제2진동값을 측정하는 이유는 후술하는 주파수영역에서 최대진폭값 및 최대진폭주파수를 정확하게 추출하기 위함이다. 따라서, 상술한 바와 같이, 가속도센서(11)를 사용하는 경우 3축 가속도센서(11)를 사용함이 바람직하고, 또는 각 성분별로 별도의 진동센서를 사용하여 측정할 수도 있다.
상기 제1진동값 및 제2진동값을 측정하는 센서부(10)는 상기 선로(R)에 하나 또는 하나 이상 설치될 수 있으며, 하나 이상 설치되는 경우 측정된 제1진동값 및 제2진동값들을 모두 병합하여 모니터링의 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 선로(R)의 제1진동값 및 제2진동값을 측정하는 경우, 도 3에 도시된 것처럼 진동의 진폭과 측정하는 시간의 관계를 나타낸 그래프값으로 측정할 수 있다. 이는 사용자로 하여금 상기 선로(R)의 상태를 쉽게 인지할 수 있게 하며, 후술하는 주파수영역으로 변환하기 위한 재료로 사용될 수 있다.
상기 제2단계는 상기 제1진동값을 주파수영역으로 변환한다. 도 4에 도시된 바와 같이 세로축은 진동의 세기 즉, 진폭으로 두고, 가로축은 주파수(Hz)로 변환할 수 있다. 이는 선로(R)의 진동을 주파수영역에서 분석하기 위한 것으로, 주파수별로 진동의 세기를 구분하기 위함이다. 본 단계에서는 수직방향 성분의 제1진동값만을 사용하여 주파수영역으로 변환할 수 있으나, 상기 선로(R)는 3차원으로 진동을 하기에 수평방향 성분의 제2진동값을 병합하여 주파수영역으로 변환하는 것이 보다 정확하다.
또한, 주파수영역으로 변환하는 진동값(제1진동값 및/또는 제2진동값)은 측정시간 전체를 대상으로 변환할 수도 있으나, 임의의 시간 간격으로 구분하여 변환할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제1단계에서 1분 내지 10분 등 임의의 시간을 설정하여 반복적으로 진동값을 측정할 수 있으며, 해당 간격으로 측정된 진동값을 주파수영역으로 변환할 수 있다. 이는 상시적으로 발생하는 미진동을 대상으로 측정하는 경우에 바람직하나, 열차에 의한 진동을 대상으로 측정하는 경우에는, 열차가 상기 선로(R)를 지나가는 시점 및 그 범위를 기준으로 측정하는 것이 바람직하다.
상기 제3단계는 상기 주파수영역에서 최대진폭값과 상기 최대진폭값을 가지는 최대진폭주파수를 추출한다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 진동값을 주파수영역으로 변환하면, 대부분 하나의 최대진폭을 확인할 수 있다. 이는 미진동 또는 열차에 의한 진동에 의해 선로(R)가 공진하는 것을 의미한다. 상술한 바처럼 최대진폭이 발생하는 주파수 또는 진동수는 공진주파수 또는 고유진동수라 불리며, 본 명세서에서는 최대진폭주파수로 정의하였다.
고유진동수 즉, 최대진폭주파수는 선로(R)마다 고정적인 수치로써, 손상되지 않는 한, 변화하지 않는다. 따라서, 후술하는 바와 같이 추출된 최대진폭주파수와 안정상태에서의 최대진폭주파수를 비교하여 선로(R)의 손상여부를 판단할 수 있다.
상기 제4단계는 상기 제1진동값의 진폭이 제1안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제1안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정한다. 상기 제1진동값은 선로(R)의 수직방향 성분의 진동값으로써, 제1진동값의 진폭을 분석하여 선로(R)의 손상여부 및 지반 침하여부를 판단하기 위함이다. 상기 제1안정범위는 사전에 안정상태에서의 진폭(제1진동값)을 측정하여 설정할 수도 있고, 안정상태에서 측정되는 제1진동값의 진폭의 누적평균치로 설정할 수도 있다. 또한, 판단의 정확성을 향상시키기 위하여 임의의 오차범위를 포함하여 설정하는 것이 바람직하다.
도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하여 예를 들어 설명하면, 안정상태에서 측정된 제1진동값의 진폭이 약 30mm인 경우, 제1안정범위는 약 25mm ~ 40mm로 설정할 수 있고, 측정된 제1진동값의 진폭이 약 30mm인 경우에는 안정상태로 판단하고, 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정할 수 있다. 또는, 측정된 제1진동값의 진폭이 약 50mm인 경우에는 제1안정범위를 벗어나는 것으로써, 선로(R)의 손상 또는 지반 침하 등 불안정상태로 판단하여 사용자에게 경보 메세지를 출력하여 후속조치를 취하도록 할 수 있다. 그리고 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정할 수 있다.
또한, 상기 최대진폭주파수가 제2안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제2안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제5단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 최대진폭주파수는 선로(R)가 손상되지 않는 이상 변하지 않으므로, 최대진폭주파수의 변화는 선로(R)의 손상을 의미한다. 제2안정범위는 사전에 측정 또는 계산을 통해, 안정상태에서 선로(R)의 최대진폭주파수를 설정할 수도 있고, 안정상태에서 추출된 최대진폭주파수의 누적평균치로 설정할 수도 있다. 제2안정범위 또한, 판단의 정확성을 향상시키기 위하여 임의의 오차범위를 포함하여 설정하는 것이 바람직하다. 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하여 예를 들면, 안정상태에서 최대진폭주파수가 약 30Hz인 경우, 제2안정범위는 약 25Hz ~ 40Hz로 설정할 수 있고, 추출된 최대진폭주파수가 30Hz인 경우에는 안정상태로 판단하고, 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정할 수 있다. 또는, 추출된 최대진폭주파수가 약 50Hz인 경우에는 제2안정범위를 벗어나는 것으로써, 선로(R)의 손상 등 불안정상태로 판단하여 사용자에게 경보 메세지를 출력하여 후속조치를 취하도록 할 수 있다. 그리고 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정할 수 있다.
또한, 상기 최대진폭값이 제3안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제3안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제6단계를 더 포함할 수 있다. 상기 최대진폭값의 변화는 상기 선로(R)의 손상이 아닌 지진 등이 발생하는 경우에 발생한다. 따라서, 강한 외력이 발생하는 것을 감지하여 사용자로 하여금 조치를 취하도록 할 수 있다. 제3안정범위는 사전에 측정 또는 계산을 통해, 안정상태에서 최대진폭값을 설정할 수도 있고, 안정상태에서 추출된 최대진폭값의 누적평균치로 설정할 수도 있다. 제3안정범위 또한, 판단의 정확성을 향상시키기 위하여 임의의 오차범위를 포함하여 설정하는 것이 바람직하다. 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하여 예를 들면, 안정상태에서 최대진폭값이 약 30인 경우, 제3안정범위는 약 25 ~ 40으로 설정할 수 있고, 추출된 최대진폭값이 30인 경우에는 안정상태로 판단하고, 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정할 수 있다. 또는, 추출된 최대진폭값이 약 50인 경우에는 제3안정범위를 벗어나는 것으로써, 선로(R)에 외력이 발생하는 등 불안정상태로 판단하여 사용자에게 경보 메세지를 출력하여 후속조치를 취하도록 할 수 있다. 그리고 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정할 수 있다. 제3안정범위는 진폭의 단위를 한정할 수 없기에 생략하고 설명하였으며, 상기 제1안정범위 및 제2안정범위를 설명하기 위한 단위 또한, 설명을 위한 것일 뿐, 이에 권리범위가 한정되지 않음은 자명하다.
상기 경보 메세지는 사용자에게 상기 선로(R)의 불안정상태를 시각적 또는 청각적으로 제공하는 메세지를 의미하며, 상기 경보메세지를 사용자가 사용하는 모바일 단말기 또는 외부 모니터링 장치로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1진동값의 진폭이 제1안정범위를 벗어나 심하게 진동하는 경우에는 선로(R)의 파손 또는 지반침하위험 경고를 사용자에게 출력하고 즉시, 정밀 검진 등을 요구할 수 있다.
또한, 상술한 바에 한정되지 않고 사용자에게 시각 또는 청각 등 경보를 할 수 있는 모든 매체를 포함할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 선로 안정성 모니터링 시스템에 대하여 설명한다.
본 명세서에 개시된 일 실시 예에 따른 선로 안정성 모니터링 시스템은 선로(R)에 설치되어 상기 선로(R)의 수직방향 및 수평방향 성분 중 적어도 어느 하나의 진동값을 측정하는 하나 이상의 센서부(10) 및 상기 센서부(10)에서 측정된 진동값을 분석하여 상기 선로(R)의 불안정상태를 분석하는 본체부(20)를 포함하되, 상기 본체부(20)는, 상기 측정된 진동값을 시간과 진폭의 관계로 분석하는 진동분석부(21), 상기 측정된 진동값을 주파수영역으로 변환하는 주파수영역변환부(22), 상기 주파수영역에서 주파수와 진폭의 관계를 분석하는 주파수영역분석부(23), 상기 진동값의 수직방향 성분의 진폭과 안정상태에서의 수직방향 성분의 진폭의 누적평균치를 비교하여 안정상태여부를 판단하는 안정상태판단부(24), 상기 센서부(10), 진동분석부(21), 주파수영역변환부(22), 주파수영역분석부(23) 및 안정상태판단부(24)에서 생성된 정보를 저장하는 데이터베이스부(25) 및 상기 데이터베이스부(25)에 저장된 정보를 사용자에게 제공하는 정보제공부(26)를 포함한다.
보다 상세하게 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 센서부(10)는 선로(R)에 하나 이상 설치되어 상기 선로(R)의 수직방향 및 수평방향 성분 중 적어도 어느 하나의 진동값을 측정한다. 선로(R)의 손상이 발생하거나, 선로(R) 하부에 지반침하가 발생하는 것을 감지하기 위한 수단으로 진동값을 측정한다. 상기 센서부(10)는 가속도센서(11) 또는 자이로센서 등 진동을 감지할 수 있는 모든 센서를 포함할 수 있다. 자이로센서의 경우 축회전을 감지하는 것으로 진동을 측정할 수는 있으나, 선로(R)의 수직방향 성분의 진동을 측정할 수 있는 가속도센서(11)가 바람직하다. 가속도센서(11)는 1축, 2축 및 3축으로 구분할 수 있으며, 상기 선로(R)의 수직방향 성분의 진동만을 측정하기 위해서는 1축 가속도센서(11)로도 충분하지만, 선로(R)의 진동은 한 방향으로만 발생하지 않고, 후술하는 수평방향 성분의 진동값을 더 측정하기 위하여 3축 가속도센서(11)를 사용함이 바람직하다.
상기 수평방향 성분의 진동값은, 선로(R)의 길이방향 성분의 진동 및 선로(R)와 수평직각방향 성분의 진동을 모두 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 수직방향 성분의 진동은 Y축 진동을 의미하며, 상기 길이방향 성분의 진동은 Z축 진동, 상기 수평직각방향 성분의 진동은 X축 진동을 의미한다. 수평방향 성분의 진동값을 측정하는 이유는 후술하는 주파수영역에서 최대진폭값 및 최대진폭주파수를 정확하게 추출하기 위함이다. 따라서, 상술한 바와 같이, 가속도센서(11)를 사용하는 경우 3축 가속도센서(11)를 사용함이 바람직하고, 또는 각 성분별로 별도의 진동센서를 사용하여 측정할 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 본체부(20)는 진동분석부(21), 주파수영역변환부(22), 주파수영역분석부(23), 안정상태판단부(24), 데이터베이스부(25) 및 정보제공부(26)를 포함하며, 상기 센서부(10)에서 측정된 진동값을 분석하여 상기 선로(R)의 불안정상태를 분석한다.
상기 진동분석부(21)는 상기 측정된 진동값을 시간과 진폭의 관계로 분석한다. 도 3에 도시된 것처럼 상기 측정된 진동값은 진동의 진폭과 측정하는 시간의 관계를 나타낸 그래프값으로 정리할 수 있다. 이는 사용자로 하여금 상기 선로(R)의 상태를 쉽게 인지할 수 있게 하며, 후술하는 주파수영역으로 변환하기 위한 재료로 사용될 수 있다. 상기 센서부(10)에서 측정된 진동은 아날로그 신호로써, 이를 디지털신호로 바꾸는 ADC(Analog Digital Converter)의 역할을 수행할 수도 있다.
상기 주파수영역변환부(22)는 상기 측정된 진동값을 주파수영역으로 변환한다. 도 4 내지 6에 도시된 것처럼 세로축은 진동의 세기 즉, 진폭으로 두고, 가로축은 주파수(Hz)로 변환할 수 있다. 이는 선로(R)의 진동을 주파수영역에서 분석하기 위한 것으로, 주파수별로 진동의 세기를 구분하기 위함이다. 상기 선로(R)는 3차원으로 진동을 하기에 수직방향 성분 및 수평방향 성분의 진동값을 병합하여 주파수영역으로 변환하는 것이 보다 정확하다.
또한, 주파수영역으로 변환하는 진동값(수직방향 성분 및/또는 수평방향 성분)은 측정시간 전체를 대상으로 변환할 수도 있으나, 임의의 시간 간격으로 구분하여 변환할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제1단계에서 1분 내지 10분 등 임의의 시간을 설정하여 반복적으로 진동값을 측정할 수 있으며, 해당 간격으로 측정된 진동값을 주파수영역으로 변환할 수 있다. 이는 상시적으로 발생하는 미진동을 대상으로 측정하는 경우에 바람직하나, 열차에 의한 진동을 대상으로 측정하는 경우에는, 열차가 상기 선로(R)를 지나가는 시점 및 그 범위를 기준으로 측정하는 것이 바람직하다.
상기 주파수영역분석부(23)는 상기 주파수영역에서 주파수와 진폭의 관계를 분석한다. 보다 상세하게는, 상기 주파수영역에서 최대진폭값과 상기 최대진폭값을 가지는 최대진폭주파수를 추출한다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 진동값을 주파수영역으로 변환하면, 대부분 하나의 최대진폭을 확인할 수 있다. 이는 미진동 또는 열차에 의한 진동에 의해 선로(R)가 공진하는 것을 의미한다. 상술한 바처럼 최대진폭이 발생하는 주파수 또는 진동수는 공진주파수 또는 고유진동수라 불리며, 본 명세서에서는 최대진폭주파수로 정의하였다.
고유진동수 즉, 최대진폭주파수는 선로(R)마다 고정적인 수치로써, 손상되지 않는 한, 변화하지 않는다. 따라서, 후술하는 바와 같이 추출된 최대진폭주파수와 안정상태에서의 최대진폭주파수를 비교하여 선로(R)의 손상여부를 판단할 수 있다.
상기 안정상태판단부(24)는 상기 진동값의 수직방향 성분의 진폭과 안정상태에서의 수직방향 성분의 진폭의 누적평균치를 비교하여 안정상태여부를 판단한다. 상기 수직방향 성분의 진폭을 분석하여 선로(R)의 손상여부 및 지반 침하여부를 판단하기 위함이다. 상기 안정상태에서의 수직방향 성분의 진폭의 누적평균치를 기준으로 비교할 수도 있고, 사전에 안정상태에서의 진폭을 측정하여 설정해둘 수도 있다. 또한, 판단의 정확성을 향상시키기 위하여 임의의 오차범위를 포함하여 설정하는 것이 바람직하다.
도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하여 예를 들어 설명하면, 안정상태에서 측정된 수직방향 성분의 진폭이 약 30mm인 경우, 안정상태의 오차범위를 약 25mm ~ 40mm로 설정할 수 있고, 측정된 수직방향 성분의 진폭이 약 30mm인 경우에는 안정상태로 판단하고, 측정된 수직방향 성분의 진폭이 약 50mm인 경우에는 안정상태의 오차범위를 벗어나는 것으로써, 선로(R)의 손상 또는 지반 침하 등 불안정상태로 판단하여 사용자에게 경보 메세지를 출력하여 후속조치를 취하도록 할 수 있다.
또한, 상기 최대진폭주파수와 안정상태에서의 최대진폭주파수의 누적평균치와 비교하여 안정상태여부를 더 판단할 수 있다. 상술한 바와 같이 최대진폭주파수는 선로(R)가 손상되지 않는 이상 변하지 않으므로, 최대진폭주파수의 변화는 선로(R)의 손상을 의미한다. 사전에 측정 또는 계산을 통해, 안정상태에서 선로(R)의 최대진폭주파수를 기준으로 설정할 수도 있고, 안정상태에서 추출된 최대진폭주파수의 누적평균치를 기준으로 설정할 수도 있다. 최대진폭주파수의 기준 또한, 판단의 정확성을 향상시키기 위하여 임의의 오차범위를 포함하여 설정하는 것이 바람직하다. 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하여 예를 들면, 안정상태에서 최대진폭주파수가 약 30Hz인 경우, 안정상태의 오차범위를 약 25Hz ~ 40Hz로 설정할 수 있고, 추출된 최대진폭주파수가 30Hz인 경우에는 안정상태로 판단하고, 추출된 최대진폭주파수가 약 50Hz인 경우에는 안정상태의 오차범위를 벗어나는 것으로써, 선로(R)의 손상 등 불안정상태로 판단하여 사용자에게 경보 메세지를 출력하여 후속조치를 취하도록 할 수 있다.
또한, 상기 안정상태판단부(24)는 상기 최대진폭값과 안정상태에서의 최대진폭값의 누적평균치와 비교하여 안정상태여부를 더 판단할 수 있다. 상기 최대진폭값의 변화는 상기 선로(R)의 손상이 아닌 지진 등이 발생하는 경우에 발생한다. 따라서, 강한 외력이 발생하는 것을 감지하여 사용자로 하여금 조치를 취하도록 할 수 있다. 사전에 측정 또는 계산을 통해, 안정상태에서 최대진폭값을 기준으로 설정할 수도 있고, 안정상태에서 추출된 최대진폭값의 누적평균치를 기준으로 설정할 수도 있다. 최대진폭값의 기준 또한, 판단의 정확성을 향상시키기 위하여 임의의 오차범위를 포함하여 설정하는 것이 바람직하다. 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하여 예를 들면, 안정상태에서 최대진폭값이 약 30인 경우, 안정상태의 오차범위를 약 25 ~ 40으로 설정할 수 있고, 추출된 최대진폭값이 30인 경우에는 안정상태로 판단하고, 추출된 최대진폭값이 약 50인 경우에는 안정상태의 오차범위를 벗어나는 것으로써, 선로(R)에 외력이 발생하는 등 불안정상태로 판단하여 사용자에게 경보 메세지를 출력하여 후속조치를 취하도록 할 수 있다. 최대진폭값의 단위는 한정할 수 없기에 생략하고 설명하였으며, 상기 수직방향 성분의 진폭 및 최대진폭주파수의 오차범위를 설명하기 위한 단위 또한, 설명을 위한 것일 뿐, 이에 권리범위가 한정되지 않음은 자명하다.
상기 데이터베이스부(25)는 상기 센서부(10), 진동분석부(21), 주파수영역변환부(22), 주파수영역분석부(23) 및 안정상태판단부(24)에서 생성된 정보를 저장한다. 각 구성요소에서 생성된 정보를 저장하여 후술하는 정보제공부(26)를 통해 사용자에게 제공하기 위함이다. 특히, 안정상태판단부(24)에서는 측정 및 분석된 정보를 토대로 안정상태여부를 판단하는데, 상기 데이터베이스부(25)에 저장된 정보를 가지고 빅데이터 분석을 한다면 보다 정확하게 안정상태여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 수직방향 성분의 진폭, 최대진폭주파수 및 최대진폭값의 변화량을 면밀히 분석하면 선로(R)의 손상인지 지반의 침하인지 일시적인 변화인지를 정확하게 판단할 수 있을 것이다.
상기 정보제공부(26)는 상기 데이터베이스부(25)에 저장된 정보를 사용자에게 제공한다. 사용자가 선로(R)의 상태를 지속적으로 확인하기 위함이다. 또한, 상기 안정상태판단부(24)에서 불안정상태로 판단된 경우 경보메세지를 제공하여 사용자에게 후속조치를 취할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 유무선 통신을 통해 사용자의 모바일 단말기 또는 외부 모니터링 장치로 상기 정보를 제공할 수도 있다.
상기 정보제공부(26)는 사용자에게 시각 또는 청각 등 정보를 전달할 수 있는 모든 매체를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 실시 예 뿐만 아니라, 본 명세서에 개시된 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템은 도 8에 도시된 바와 같이, 모니터링하고자 하는 선로(R)마다 다수의 센서부(10)를 설치하고, 하나의 본체부(20)를 통해 통합적으로 모니터링할 수도 있다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 않는다.
10 : 센서부
11 : 가속도센서
20 : 본체부
21 : 진동분석부
22 : 주파수영역변환부
23 : 주파수영역분석부
24 : 안정상태판단부
25 : 데이터베이스부
26 : 정보제공부
R : 선로

Claims (10)

  1. 선로의 안정성을 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 선로의 수직방향 성분의 제1진동값을 측정하는 제1단계;
    상기 제1진동값을 주파수영역으로 변환하는 제2단계;
    상기 주파수영역에서 최대진폭값과 상기 최대진폭값을 가지는 최대진폭주파수를 추출하는 제3단계;
    상기 제1진동값의 진폭이 제1안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제1안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제4단계;
    상기 최대진폭주파수가 제2안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제2안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제5단계; 및
    상기 최대진폭값이 제3안정범위 내인 경우 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하고, 제3안정범위를 벗어나는 경우 불안정상태로 판단하여 경보 메세지를 출력하고 상기 제1단계로 돌아가 지속적으로 측정하는 제6단계;
    를 포함하는 선로 안정성 모니터링 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1안정범위는 안정상태에서 제1진동값의 진폭의 누적평균치이고, 상기 제2안정범위는 안정상태에서 최대진폭주파수의 누적평균치이고, 상기 제3안정범위는 안정상태에서 최대진폭값의 누적평균치인 것을 특징으로 하는 선로 안정성 모니터링 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계는 선로의 수평방향 성분의 제2진동값을 더 측정하고,
    상기 제2단계는 상기 제1진동값과 상기 제2진동값을 병합하여 주파수영역으로 변환하는 것을 특징으로 하는 선로 안정성 모니터링 방법.
  8. 선로에 설치되어 상기 선로의 수직방향 및 수평방향 성분 중 적어도 어느 하나의 진동값을 측정하는 하나 이상의 센서부; 및
    상기 센서부에서 측정된 진동값을 분석하여 상기 선로의 불안정상태를 분석하는 본체부; 를 포함하되,
    상기 본체부는,
    상기 측정된 진동값을 시간과 진폭의 관계를 분석하는 진동분석부;
    상기 측정된 진동값을 주파수영역으로 변환하는 주파수영역변환부;
    상기 주파수영역에서 주파수와 진폭의 관계를 분석하여 최대진폭값 및 최대진폭값을 갖는 최대진폭주파수를 추출하는 주파수영역분석부;
    상기 진동값의 수직방향 성분의 진폭과 안정상태에서의 수직방향 성분의 진폭의 누적평균치를 비교하여 안정상태여부를 판단하고, 상기 최대진폭주파수와 안정상태에서의 최대진폭주파수의 누적평균치와 비교하여 안정상태여부를 판단하며, 최대진폭값과 안정상태에서의 최대진폭값의 누적평균치와 비교하여 안정상태여부를 판단하는 안정상태판단부;
    상기 센서부, 진동분석부, 주파수영역변환부, 주파수영역분석부 및 안정상태판단부에서 생성된 정보를 저장하는 데이터베이스부; 및
    상기 데이터베이스부에 저장된 상기 정보를 사용자에게 제공하는 정보제공부;
    를 포함하고,
    상기 안정상태판단부는
    상기 안정상태판단부는, 상기 진동값의 수직방향 성분의 진폭, 상기 최대진폭주파수, 상기 최대 진폭값 중 적어도 하나가 각각의 안정상태에서의 누적평균치를 벗어나는 경우, 상기 선로가 불안정하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 선로 안정성 모니터링 시스템.




  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020190086830A 2019-07-18 2019-07-18 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템 KR102268917B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190086830A KR102268917B1 (ko) 2019-07-18 2019-07-18 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190086830A KR102268917B1 (ko) 2019-07-18 2019-07-18 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210009798A KR20210009798A (ko) 2021-01-27
KR102268917B1 true KR102268917B1 (ko) 2021-06-24

Family

ID=74238747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190086830A KR102268917B1 (ko) 2019-07-18 2019-07-18 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102268917B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101523696B1 (ko) * 2014-12-22 2015-05-28 세종대학교산학협력단 충격음을 이용한 노면 손상 분석 시스템 및 방법과, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO341972B1 (en) * 2016-09-07 2018-03-05 Stiftelsen Norsar A railway track condition monitoring system for detecting a partial or complete disruption of a rail of the railway track
KR101734376B1 (ko) 2017-03-13 2017-05-12 (주)세영통신 철도 레일 균열 감지 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101523696B1 (ko) * 2014-12-22 2015-05-28 세종대학교산학협력단 충격음을 이용한 노면 손상 분석 시스템 및 방법과, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210009798A (ko) 2021-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102465760B1 (ko) 철로 트랙의 레일의 부분적 또는 완전한 파괴를 검출하기 위한 철로 트랙 상태 모니터링 시스템
Ngamkhanong et al. State-of-the-art review of railway track resilience monitoring
Salvador et al. Axlebox accelerations: Their acquisition and time–frequency characterisation for railway track monitoring purposes
Moreu et al. Railroad bridge monitoring using wireless smart sensors
Moreu et al. Reference-free displacements for condition assessment of timber railroad bridges
US6668239B1 (en) Track monitoring equipment
JP5508172B2 (ja) 枕木変位計測システム
Costa et al. Evaluation of a strain monitoring system for existing steel railway bridges
Paixão et al. Smartphone’s Sensing Capabilities for On‐Board Railway Track Monitoring: Structural Performance and Geometrical Degradation Assessment
KR102203412B1 (ko) 곡선 구간 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템
CN111845842B (zh) 一种轨道监测系统及其监测方法
Hilbring et al. Earthquake early warning for transport lines
Moreu Framework for risk-based management and safety of railroad bridge infrastructure using wireless smart sensors (WSS)
KR102268917B1 (ko) 선로 안정성 모니터링 방법 및 시스템
KR20180123370A (ko) 레일 지지대, 이를 이용한 레일 변위량 측정장치 및 레일 변위량 계측 시스템
Huseynov et al. Setting up a real-time train load monitoring system in the UK using Bridge Weigh-In Motion technology-A case study
Meixedo et al. On-line monitoring system for tracks
Larsson Enhanced Condition Monitoring of Railway Vehicles using Rail-mounted Sensors.
KR20180126428A (ko) 레일 지지대 및 이를 이용한 레일 변위량 측정장
Rakoczy et al. Railroad bridge condition evaluation using onboard systems
Schumacher et al. Detection of vehicles with studded tires using acoustic emission sensors mounted to highway bridges
KR102369916B1 (ko) 레일절손 검지 시스템 및 이를 이용한 레일절손 검지방법
Al-Smadi et al. Vibration serviceability investigation of a curved footbridge
Stolárik et al. Seismic impact of the railway on the geotechnical constructions
CN206885071U (zh) 一种基于应变量测反演变形加速度响应的轨距动态变化监测装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right