KR102305601B1 - 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents
뜬침목 모니터링 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102305601B1 KR102305601B1 KR1020210026754A KR20210026754A KR102305601B1 KR 102305601 B1 KR102305601 B1 KR 102305601B1 KR 1020210026754 A KR1020210026754 A KR 1020210026754A KR 20210026754 A KR20210026754 A KR 20210026754A KR 102305601 B1 KR102305601 B1 KR 102305601B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- monitoring
- train
- acceleration data
- distance
- accelerometer
- Prior art date
Links
- 241001669679 Eleotris Species 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 90
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 51
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 35
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 24
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 9
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000012905 input function Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011178 precast concrete Substances 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
- B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
- B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or train
- B61L15/0027—Radio-based, e.g. using GSM-R
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
- B61L15/0072—On-board train data handling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
- B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
- B61L25/021—Measuring and recording of train speed
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P1/00—Details of instruments
- G01P1/06—Indicating or recording devices, e.g. for remote indication
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 뜬침목 모니터링 시스템은 열차의 차상에 설치되는 가속도계; 상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 가속도계로부터 취득하는 데이터 취득 장치; 및 상기 데이터 취득 장치와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되고, 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 모니터링 프로그램을 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 가속도계를 이용하여 열차를 이동하면서도 뜬침목 결함이 발생된 구간(이상 개소)을 실시간으로 분석하고 모니터링할 수 있는 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
고속철도는 열차가 주요구간을 시속 200 km 이상으로 주행하는 철도로서, 일반철도와는 달리 고속주행에 의한 여러 가지 복잡한 공기역학적 현상이 발생된다. 따라서 이러한 특성을 감안하여 구조물 및 차량의 안정성, 승객의 승차감 확보, 환경소음 최소화 등을 만족시킬 수 있도록 토목, 전기, 재료, 기계, 제어, 전자 등의 각종분야에 고도의 기술이 요구된다.
고속철도의 설계기준은 철도기술 선진국이 공통으로 적용하고 있는 국제철도연맹(UIC)의 기준과 고속철도 기술보유국의 설계기준을 감안하여 고속철도 운영을 극대화할 수 있도록 하였으며, 설계기준 결정시 가장 중요한 사항인 설계속도는 기존고속철도의 기술수준과 속도 향상시 추가투자비, 운행효율성을 고려하여 가장 경제적이고 효율적인 운행속도 300km/h, 설계최고속도 350km/h로 결정하였다. 고속철도는 결정된 설계최고속도에 따라 최소곡선반경, 최급구배, 상하선간 이격거리, 터널단면 등의 건설기준을 결정하였다. 호남고속철도에서는 고속철도 설계기준 중 주요사항에 대하여 유럽에서 현재사용하고 있는 통합운영 기준서를 근거로 하여 고속철도 기술발전을 감안한 고속철도설계기준 일부 조정(안) 제시 및 검증을 수행하여 선로중심간격, 최소곡선반경, 터널단면적 등을 조정하였다.
일반선 궤도와 고속선 궤도의 가장 큰 차이점은 콘크리트 궤도의 유무이다. 자갈궤도는 자갈사이의 마찰력에 의해 궤도의 안정성을 유지하고 그 자체의 탄성력으로 충격 및 진동을 흡수하는 구조로써 우리나라를 비롯한 세계 각국에서 전통적으로 부설하여 왔으나 저렴한 투자비와 풍부한 궤도의 탄성을 확보할 수 있는 반면에 열차운행에 의해 궤도가 변형되어 유지관리에 많은 노력과 경비가 요구된다.
콘크리트 궤도는 자갈궤도의 단점을 보완하고 궤도기술 발전을 도모하고자 유럽, 일본 등 철도선진국에서 나름대로의 형식을 개발하여 왔으며, 이는 대부분 레일을 지지하는 침목을 도상 콘크리트속에 매립하거나 레일자체를 콘크리트 슬래브에 직접 체결하는 구조로써 별도의 탄성대책과 함께 채택, 부설되어 왔다. 이 형식은 자갈궤도에 비하여 건설비가 고가이므로 초기투자비가 많이 들고, 시공에 정밀을 요하여 시공속도가 느리지만 궤도의 탄성을 높여 건설 후 유지보수비를 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 잦은 보수작업 없이도 지속적으로 승객에게 쾌적한 승차감을 제공하는 이점이 있다.
경부고속철도 1단계구간에서는 자갈도상궤도를 적용하였으며, 지하 정거장과 장대터널 등 선로 유지보수조건이 열악한 일부구간에 대하여 콘크리트궤도구조를 채택해 시공하였다(고속철도 업무자료, 철도시설공단, 2006). 이후, 경부고속철도 2단계에서는 현장타설 콘크리트 궤도가 적용되었으며, 호남고속철도에서는 현장타설과 프리케스트 콘크리트궤도를 적용하여 시공되었다.
위와 같이 국내 고속철도 및 일반철도는 궤도의 구성 요소가 동일하며 궤도형식(자갈도상궤도, 콘크리트궤도)에 따라 도상의 타입이 다르며 동일한 선로유지관리지침에 따라 궤도를 관리하고 있다. 국내 일반철도의 경우 설계속도가 250 km/h로 상향되어 기존 선로의 경우에도 유지보수를 통해 궤도의 성능을 향상시키고 있는 추세이다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0784799호(발명의 명칭: 궤도 지지강성 측정장치, 등록일자: 2007.12.05.)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 가속도계를 이용하여 열차를 이동하면서도 뜬침목 결함이 발생된 구간(이상 개소)을 실시간으로 분석하고 모니터링할 수 있는 뜬침목 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 뜬침목 모니터링 시스템은 열차의 차상에 설치되는 가속도계; 상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 가속도계로부터 취득하는 데이터 취득 장치; 및 상기 데이터 취득 장치와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되고, 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 모니터링 프로그램을 포함한다.
상기 데이터 취득 장치는 T형 젠더를 통해 차축에 설치된 상기 가속도계와 연결되고, 상기 가속도계에 의해 측정된 상기 가속도 데이터의 신호를 분리하는 신호 분리부; 및 SMA T형 젠더를 통해 SMA 케이블로 직접 연결되거나 SMA-BNC 젠더로 별도 장치와 연결되어 상기 가속도 데이터를 취득하는 DAQ 연결부를 포함할 수 있다.
상기 데이터 취득 장치는 저장 매체를 통한 데이터 취득의 한계를 보완하기 위해, LTE-A 통신 모뎀을 활용하여 상기 가속도 데이터를 상기 모니터링 디바이스에 실시간으로 전송하는 포터블 측정 장비를 포함할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램은 웨이블릿 파워 스펙트럼(Wavelet Power Spectrum)을 이용한 시간-주파수 분석 기법을 통해 상기 가속도 데이터로부터 궤도 결함에 대한 가속도 신호의 반응도를 추출하되, 웨이블릿 분석 시 속도를 적분하여 거리로 환산한 후 시간축을 거리축으로 변환하여 거리-주파수 반응도를 산출하고, 상기 산출된 거리-주파수 반응도에 기초하여 상기 이상 개소를 검출할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램은 상기 거리-주파수 반응도에 기초하여 미리 설정된 주파수 대역에서 상기 가속도 신호에 따른 주파수 응답이 발생하는 경우, 해당 거리의 구간에서 상기 뜬침목 결함이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 주파수 대역은 뜬침목의 경우 (2 ~ 150) Hz 대역, 파상마모의 경우 (300~ 400) Hz 대역, 레일찍힘의 경우 (700 ~ 800) Hz 대역으로 미리 설정할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램은 저역 통과 필터를 이용하여 상기 가속 데이터의 노이즈 필터링을 실시하되, 상기 열차의 손상에 따른 노이즈 필터링을 적용함과 동시에, 상기 열차의 속도에 따른 고유 진동을 필터링하기 위하여 가변 필터를 적용하여 추가 신호 처리를 실시할 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 데이터 취득 장치를 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 뜬침목 발생 여부를 검출할 수 있다.
상기 가속도계는 무선 통신 또는 유선 통신 기반의 가속도계로 구성되며, 상기 열차의 차축, 대차 및 실내 중 적어도 하나에 설치되어 상기 가속도 데이터를 측정하고, 상기 데이터 취득 장치와 무선 통신 또는 유선 통신을 통해 상기 측정된 가속도 데이터를 상기 데이터 취득 장치에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 뜬침목 모니터링 방법은 상기 데이터 취득 장치가 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 열차의 차상에 설치되는 상기 가속도계로부터 취득하는 단계; 및 상기 데이터 취득 장치와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되는 상기 모니터링 프로그램이 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 이상 개소를 검출하는 단계는 웨이블릿 파워 스펙트럼을 이용한 시간-주파수 분석 기법을 통해 상기 가속도 데이터로부터 궤도 결함에 대한 가속도 신호의 반응도를 추출하는 단계; 웨이블릿 분석 시 속도를 적분하여 거리로 환산한 후 시간축을 거리축으로 변환하여 거리-주파수 반응도를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 거리-주파수 반응도에 기초하여 상기 이상 개소를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램은 상기 거리-주파수 반응도에 기초하여 미리 설정된 주파수 대역에서 상기 가속도 신호에 따른 주파수 응답이 발생하는 경우, 해당 거리의 구간에서 상기 뜬침목 결함이 발생한 것으로 판단할 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 뜬침목 모니터링 시스템을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 데이터 취득 장치의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 가속도계의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 거리-주파수의 반응도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 궤도 결함 주파수 특성을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 섹션(A~D)별 수직 및 수평(횡 방향) 가속도의 웨이블릿 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 레일찍힘(Squats)의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 이음매 구간의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 파상마모(Corrugation)의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 뜬침목 발생의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 결함 유형별 주파수 차트를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 가속도 데이터(차상 가속도 원데이터)를 나타낸 도면이다.
도 12는 궤도 결함 측정 위치 분석 프로그램의 일례를 도시한 도면이다.
도 13은 차량 진동 가속도 분석 프로그램 코드(Code)를 나타낸 도면이다.
도 14는 이산 웨이블릿을 통한 데이터 분리의 일례를 나타낸 도면이다.
도 15는 이산 웨이블릿 변환 결과에 대한 FFT 처리 결과를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 뜬침목 모니터링 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 데이터 취득 장치의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 가속도계의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 거리-주파수의 반응도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 궤도 결함 주파수 특성을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 섹션(A~D)별 수직 및 수평(횡 방향) 가속도의 웨이블릿 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 레일찍힘(Squats)의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 이음매 구간의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 파상마모(Corrugation)의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 뜬침목 발생의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 결함 유형별 주파수 차트를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 가속도 데이터(차상 가속도 원데이터)를 나타낸 도면이다.
도 12는 궤도 결함 측정 위치 분석 프로그램의 일례를 도시한 도면이다.
도 13은 차량 진동 가속도 분석 프로그램 코드(Code)를 나타낸 도면이다.
도 14는 이산 웨이블릿을 통한 데이터 분리의 일례를 나타낸 도면이다.
도 15는 이산 웨이블릿 변환 결과에 대한 FFT 처리 결과를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 뜬침목 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 뜬침목 모니터링 시스템을 설명하기 위해 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 데이터 취득 장치(120)의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 가속도계(110)의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 뜬침목 모니터링 시스템(100)은 가속도계(110), 데이터 취득 장치(120), 및 모니터링 프로그램(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가속도계(110)는 KTX 및 무궁화호 등과 같은 실제 운영 차량(열차)의 차상에 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 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 가속도계(110)는 상기 열차가 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 측정할 수 있다. 즉, 상기 가속도계(110)는 실제 운영중인 열차의 차단 없이도 이동(주행) 중에 발생하는 가속도 데이터를 측정할 수 있다.
이를 위해, 상기 가속도계(110)는 유선 통신 방식의 유선 가속도계 또는 무선 통신 방식의 무선 가속도계를 포함할 수 있다. 상기 유선 가속도계는 상기 데이터 취득 장치(120)와 유선 통신을 하기 위한 유선 통신 모듈을 구비할 수 있다. 상기 무선 가속도계는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 데이터 취득 장치(120)와 무선 통신을 하기 위한 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다.
상기 가속도계(110)는 상기 유선 통신 모듈 또는 상기 무선 통신 모듈을 통해 상기 측정된 가속도 데이터를 상기 데이터 취득 장치(120)에 유선 또는 무선 전송할 수 있다.
상기 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 가속도계가 설치될 수 있고, 상기 열차의 실내에는 3축의 가속도계가 설치될 수 있다.
상기 데이터 취득 장치(120)는 상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 가속도계(110)로부터 취득할 수 있다. 이를 위해, 상기 데이터 취득 장치(120)는 기존 검측차량(선로점검차, 궤도검측차)에 설치된 기존 센싱 기법을 활용하는 부분(interface)으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 신호 분리부(210) 및 DAQ 연결부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 신호 분리부(210)는 T형 젠더를 통해 차축에 설치된 가속도계(110)와 연결되고, 상기 가속도계(110)에 의해 측정된 가속도 데이터의 신호를 분리하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 DAQ 연결부(220)는 SMA T형 젠더를 통해 SMA 케이블로 직접 연결되거나 SMA-BNC 젠더로 별도 장치와 연결되어 상기 가속도 데이터를 취득할 수 있다. 예를 들어, 상기 DAQ 연결부(220)는 EM-140K DAQ 연결부(221) 및 별도 시스템 DAQ 연결부(222)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 EM-140K DAQ 연결부(221)는 상기 SMA T형 젠더를 통해 SMA 케이블로 직접 연결됨으로써 상기 신호 분리부(210)에 의해 분리된 가속도 데이터의 신호를 취득할 수 있다. 상기 별도 시스템 DAQ 연결부(222)는 상기 SMA-BNC 젠더로 별도 장치와 연결되어 상기 신호 분리부(210)에 의해 분리된 가속도 데이터의 신호를 취득할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 데이터 취득 장치(120)는 도면에는 도시되지 않았지만 무선 통신 모듈이 탑재된 포터블 측정 장비를 포함할 수 있다. 상기 포터블 측정 장비는 상기 가속도계(110)의 일례인 무선 가속도계에 구비된 무선 통신 모듈을 통해 상기 무선 가속도계와 무선 통신을 수행함으로써 상기 가속도 데이터를 상기 무선 가속도계로부터 무선 통신으로 수신할 수 있다.
상기 포터블 측정 장비는 자체적으로 저장 매체를 구비하거나 구비하지 않을 수 있다. 다만, 상기 저장 매체를 구비하는 경우, 상기 포터블 측정 장비는 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 장비는 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 장비는 도면에는 도시되지 않았지만 LTE-A 통신 모뎀과 같은 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다. 상기 포터블 측정 장비는 상기 LTE-A 통신 모듈(예: 에그(egg) 등)을 활용하여, 상기 무선 가속도계로부터 취득한 가속도 데이터를 상기 모니터링 디바이스(140)에 실시간으로 전송할 수 있다.
상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 데이터 취득 장치(120)와 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 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출할 수 있다.
구체적으로, 상기 모니터링 프로그램(130)은 웨이블릿 파워 스펙트럼(Wavelet Power Spectrum)을 이용한 시간-주파수 분석 기법을 통해 상기 가속도 데이터로부터 궤도 결함에 대한 가속도 신호의 반응도를 추출할 수 있다. 이때, 상기 모니터링 프로그램(130)은 웨이블릿 분석 시 속도를 적분하여 거리로 환산한 후 시간축을 거리축으로 변환하여 거리-주파수 반응도를 산출하고, 상기 산출된 거리-주파수 반응도에 기초하여 상기 이상 개소를 검출할 수 있다.
예컨대, 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 거리-주파수 반응도에 기초하여 미리 설정된 주파수 대역에서 상기 가속도 신호에 따른 주파수 응답이 발생하는 경우, 해당 거리의 구간에서 상기 뜬침목 결함이 발생한 것으로 판단하고, 상기 뜬침목 결함이 발생한 것으로 판단된 해당 거리의 구간을 상기 이상 개소로서 검출할 수 있다.
여기서, 상기 주파수 대역은 뜬침목의 경우 (2 ~ 150) Hz 대역, 파상마모의 경우 (300~ 400) Hz 대역, 레일찍힘의 경우 (700 ~ 800) Hz 대역으로 미리 설정할 수 있다.
한편, 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 가속도 데이터의 노이즈 필터링을 1) 축상 가속도 필터링, 2) 차륜 손상에 따른 노이즈 필터링, 3) 차량의 고유진동 필터링 등의 방법으로 실시할 수 있다.
1) 축상 가속도 필터링: MATLAB 프로그램의 신호처리 도구상자를 사용하여 상기 가속도 데이터를 필터링하고, 컷오프 주파수가 1,000Hz 인 저역 통과 필터를 적용하여 궤도 결함의 응답 데이터를 분리할 수 있다.
2) 차륜 손상에 따른 노이즈 필터링: 차륜 상태가 좋지 않은 경우 추가 신호 처리를 실시할 수 있다. 차륜 손상은 차륜 둘레의 파장에서 차륜과 레일 사이에 주기적인 충격을 가하기 때문에 궤도 결함을 보다 쉽게 감지할 수 있다. 손상된 차륜의 진동은 가속도계(110)에서 반복적으로 나타날 수 있는데, 가속도의 반복적인 신호 문제는 반복 패턴을 제거하여 해결할 수 있다.
3) 차량의 고유진동 필터링: 차량의 고유진동은 운행시 가속 및 감속에 따른 열차의 진동에 따라 변화한다. 따라서 열차의 속도에 따른 가변필터를 적용하여 문제를 해결할 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.
상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 데이터 취득 장치(120)를 통해 취득되는 가속도 데이터와, 궤도검측차 및 선로점검차 중 적어도 하나를 통해 취득되는 검측 데이터에 대하여 상관 관계 기반의 상호 분석을 수행하여 상기 열차의 이동 위치별 뜬침목 발생 여부를 검출할 수 있다.
즉, 상기 모니터링 프로그램(130)은 동일 위치에서의 레일/궤도 결함과 뜬침목과의 상관성 분석을 통하여 레일/궤도 결함 위치 및 유형을 분석할 뿐만 아니라 그 측정 영향 범위를 확대(뜬침목 포함)하여 위치별 뜬침목 발생 현황을 분석할 수 있으며, 이를 통해 상기 열차의 이동 위치별 뜬침목 발생 여부를 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석의 일례를 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 거리-주파수의 반응도를 나타낸 그래프이다.
시간 도메인의 축상 가속도 측정은 작은 결함을 감지하기에 충분하지 않다. 신호의 주파수 특성을 분석하기 위해 여러 분석 기법을 사용할 수 있지만 본 발명의 일 실시예에서는 웨이블릿 파워 스펙트럼 (Wavelet Power Spectrum, WPS)을 이용한 시간-주파수 분석 기법을 이용할 수 있다.
웨이블릿 파워 스펙트럼의 그래프는 도 4에 도시된 바와 같이 거리-주파수의 반응도(scalogram)로 표현된다. 도 4의 오른쪽에 위치한 수직 슬라이스는 일반 스펙트럼의 척도이다. 이러한 그래프는 궤도 결함에 대한 가속도 신호의 반응도를 나타낼 수 있다. 붉은색은 스쿼트에서의 충격으로 인한 높은 신호 에너지 레벨을 나타낸 것이다. 본 발명의 일 실시예에서 반응도는 궤도 결함과 축상 가속도 신호의 시간-주파수 관계를 정의하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 거리-주파수의 반응도는 웨이블릿 분석 시 속도를 적분하여 거리로 환산한 후 시간축(X축)을 거리축으로 변환하여 나타낼 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 궤도 결함 주파수 특성을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 섹션(A~D)별 수직 및 수평(횡 방향) 가속도의 웨이블릿 결과를 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 6은 레일찍힘(Squats)의 일례를 도시한 도면이고, 도 7은 이음매 구간의 일례를 도시한 도면이며, 도 8은 파상마모(Corrugation)의 일례를 도시한 도면이다. 또한, 도 9는 뜬침목 발생의 일례를 도시한 도면이고, 도 10은 결함 유형별 주파수 차트를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 측정된 진동 가속도(가속도 데이터)를 이용하여 웨이블릿 분석을 실시하였다. 궤도 결함에서 수직 및 횡 방향 가속도 모두에서 최대 1.0 kHz의 주파수 응답이 관찰되었다. 궤도 결함의 주파수 대역은 결함의 크기 및 발생 위치에 따라 차이를 보이지만 주요 대역은 약 100 ~ 200 Hz와 700 ~ 800 Hz에서 WPS가 크게 나타났으며, 일부 구간의 횡 방향 가속도가 300 ~ 400 Hz 대역에서 WPS 크게 발생하였다.
본 발명의 일 실시예에서는 WPS가 크게 발생한 구간에 대한 현장 검증을 실시하였다. 현장 검증 결과, 약 700 ~ 800 Hz 대역에서 WPS가 크게 나타난 곳은 도 6과 같이 레일찍힘(Squats)이 발생한 구간이며, 100 ~ 800 Hz까지 광범위하게 WPS가 크게 나타난 구간은 도 7과 같이 이음매에서 발생 결함으로 나타났다. 특히 이음매 구간의 결함에서 100 Hz 정도에서 WPS가 크게 발생한 구간은 도 9와 같이 뜬침목이 발생하였다. 일부 구간이지만 횡 방향 가속도가 300 ~ 400 Hz 대역에서 WPS가 크게 발생한 구간은 도 8과 같이 파상마모(Corrugation)가 발생하였다. 또한 100 Hz 이하의 비교적 저주파수에서 WPS가 크게 발생한 구간은 도 9화 같이 뜬침목이 발생한 곳으로 나타났다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 궤도 결함 측정 위치를 분석하기 위한 모니터링 프로그램의 일례 및 그 기능을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 특히, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 가속도 데이터(차상 가속도 원데이터)를 나타낸 도면이고, 도 12는 궤도 결함 측정 위치 분석 프로그램의 일례를 도시한 도면이며, 도 13은 차량 진동 가속도 분석 프로그램 코드(Code)를 나타낸 도면이다. 또한, 도 14는 이산 웨이블릿을 통한 데이터 분리의 일례를 나타낸 도면이고, 도 15는 이산 웨이블릿 변환 결과에 대한 FFT 처리 결과를 나타낸 도면이다.
1. 진동 가속도 데이터
ABA-analysis 분석 프로그램의 모형 설계를 위해 사용된 계측 데이터는 궤도검측차에서 측정한 차상 가속도 데이터이다. 궤도검측차에서 측정한 원데이터(Raw Data)는 도 11에 도시된 바와 같이 차축의 수직 가속도 및 수평 가속도와 GPS 좌표, 속도, 시간 등으로 구성될 수 있다.
2. 궤도 결함 측정위치 분석 프로그램
본 발명의 일 실시예에서는 측정한 차상 가속도 데이터의 추출 및 분류를 위하여 도 12와 같이 Matlab 기반의 궤도 결함 측정위치 분석 GUI를 개발하였다. input 데이터는 엑셀(*.csv) 타입 원본 데이터인 차량 진동 데이터를 사용한다.
도 13은 Matlab 프로그램을 이용한 차량진동 가속도 분석 프로그램 코드이다. 코드상에 원데이터 input 기능, 분석 KP 구간에 해당하는 데이터 구분 및 취득, 구간 데이터를 이용한 PSD, Wavelet, 이산 Wavelet 분석 등의 내용이 포함되어 있다. 본 프로그램을 이용하면 전체 구간 중 어느 구간에서 이상 개소가 발생하였는지 확인할 수 있다.
궤도 이상 개소 프로그램 GUI의 구성은 크게 4부분으로 구성된다. 1) 위치 확인을 위한 GPS 좌표 확인, 2) 측정 구간의 진동 데이터 그래프, 3) 측정 구간의 공간 주파수 그래프, 4) 결함이 발생한 구간에 대한 KP 정보를 확인할 수 있는 차트로 구성된다.
공간 주파수(Spatial Frequency)는 거리 도메인(Domain)의 원데이터를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하여 획득할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에서는 FFT 결과를 PSD(Power Spectral Density)의 값으로 표현하였다. Wavelet 변환은 위의 FFT 결과와 거리 Domain을 동시에 확인할 수 있으며, z축의 PSD값을 컬러 컨투어로 나타내어 값의 고저를 쉽게 확인할 수 있다.
공간 주파수-웨이블릿 분석을 통하여 확인된 이상 개소에 대한 자세한 주파수 분석을 위하여, 해당 구간에 대한 이산 웨이블릿 변환을 실시하였다. 이산 웨이블릿 변환을 실시하게 되면 도 14와 같이 원데이터(시그널)를 여러 주파수 성분으로 나누어 볼 수 있다. 즉, 원데이터를 이산 웨이블릿 변환하면 여러 주파수 대역으로 분리하여 시간대역으로 나타낼 수 있다. 이를 FFT 처리하면 도 15와 같다.
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 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 뜬침목 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.
도 1 및 도 16을 참조하면, 단계(1610)에서 상기 뜬침목 모니터링 시스템(100)의 데이터 취득 장치(120)는 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 가속도계(110)로부터 취득할 수 있다.
다음으로, 단계(1620)에서 상기 뜬침목 모니터링 시스템(100)의 모니터링 프로그램(130)은 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행할 수 있다.
다음으로, 단계(1630)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 웨이블릿 파워 스펙트럼을 이용한 시간-주파수 분석 기법을 통해 상기 가속도 데이터로부터 궤도 결함에 대한 가속도 신호의 반응도를 추출할 수 있다.
다음으로, 단계(1640)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 웨이블릿 분석 시 속도를 적분하여 거리로 환산한 후 시간축을 거리축으로 변환하여 거리-주파수 반응도를 산출할 수 있다.
다음으로, 단계(1650)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 산출된 거리-주파수 반응도에 기초하여 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출할 수 있다.
다음으로, 단계(1660)에서 상기 모니터링 프로그램(130)은 상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력 데이터와 통합하여 Cloud-DB에 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: 가속도계
120: 데이터 취득 장치
130: 모니터링 프로그램
140: 모니터링 디바이스
210: 신호 분리부
220: DAQ 연결부
120: 데이터 취득 장치
130: 모니터링 프로그램
140: 모니터링 디바이스
210: 신호 분리부
220: DAQ 연결부
Claims (13)
- 열차의 차상에 설치되는 가속도계;
상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 가속도계로부터 취득하는 데이터 취득 장치; 및
상기 데이터 취득 장치와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되고, 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 모니터링 프로그램
을 포함하고,
상기 데이터 취득 장치는
T형 젠더를 통해 차축에 설치된 상기 가속도계와 연결되고, 상기 가속도계에 의해 측정된 상기 가속도 데이터의 신호를 분리하는 신호 분리부; 및
SMA T형 젠더를 통해 SMA 케이블로 직접 연결되거나 SMA-BNC 젠더로 별도 장치와 연결되어 상기 가속도 데이터를 취득하는 DAQ 연결부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 데이터 취득 장치는
저장 매체를 통한 데이터 취득의 한계를 보완하기 위해, LTE-A 통신 모뎀을 활용하여 상기 가속도 데이터를 상기 모니터링 디바이스에 실시간으로 전송하는 포터블 측정 장비
를 포함하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 열차의 차상에 설치되는 가속도계;
상기 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 가속도계로부터 취득하는 데이터 취득 장치; 및
상기 데이터 취득 장치와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되고, 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 모니터링 프로그램
을 포함하고,
상기 모니터링 프로그램은
웨이블릿 파워 스펙트럼(Wavelet Power Spectrum)을 이용한 시간-주파수 분석 기법을 통해 상기 가속도 데이터로부터 궤도 결함에 대한 가속도 신호의 반응도를 추출하되, 웨이블릿 분석 시 속도를 적분하여 거리로 환산한 후 시간축을 거리축으로 변환하여 거리-주파수 반응도를 산출하고, 상기 산출된 거리-주파수 반응도에 기초하여 상기 이상 개소를 검출하며,
상기 거리-주파수 반응도에 기초하여 미리 설정된 주파수 대역에서 상기 가속도 신호에 따른 주파수 응답이 발생하는 경우, 해당 거리의 구간에서 상기 뜬침목 결함이 발생한 것으로 판단하고,
상기 주파수 대역은
뜬침목의 경우 (2 ~ 150) Hz 대역, 파상마모의 경우 (300~ 400) Hz 대역, 레일찍힘의 경우 (700 ~ 800) Hz 대역으로 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 시스템.
- 제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 모니터링 프로그램은
저역 통과 필터를 이용하여 상기 가속도 데이터의 노이즈 필터링을 실시하되, 상기 열차의 손상에 따른 노이즈 필터링을 적용함과 동시에, 상기 열차의 속도에 따른 고유 진동을 필터링하기 위하여 가변 필터를 적용하여 추가 신호 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 시스템.
- 제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 모니터링 프로그램은
상기 이상 개소에서 취득된 가속도 데이터에 대한 분석 결과를 해당 개소의 유지 관리 이력 데이터와 통합하여 클라우드 데이터베이스(Cloud-DB)에 저장하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 시스템.
- 제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 모니터링 프로그램은
상기 데이터 취득 장치를 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 뜬침목 발생 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 시스템.
- 제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 가속도계는
무선 통신 또는 유선 통신 기반의 가속도계로 구성되며, 상기 열차의 차축, 대차 및 실내 중 적어도 하나에 설치되어 상기 가속도 데이터를 측정하고, 상기 데이터 취득 장치와 무선 통신 또는 유선 통신을 통해 상기 측정된 가속도 데이터를 상기 데이터 취득 장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 시스템.
- 가속도계, 데이터 취득 장치 및 모니터링 프로그램을 포함하는 뜬침목 모니터링 시스템을 이용한 뜬침목 모니터링 방법에 있어서,
상기 데이터 취득 장치가 열차의 주행 중에 발생하는 가속도 데이터를 상기 열차의 차상에 설치되는 상기 가속도계로부터 취득하는 단계; 및
상기 데이터 취득 장치와 실시간으로 연동하는 모니터링 디바이스에 설치되는 상기 모니터링 프로그램이 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 분석을 통해 상기 가속도 데이터에 대한 분석을 실시간으로 수행하여, 뜬침목 결함 발생 구간을 나타내는 이상 개소를 검출하는 단계
를 포함하고,
상기 이상 개소를 검출하는 단계는
웨이블릿 파워 스펙트럼을 이용한 시간-주파수 분석 기법을 통해 상기 가속도 데이터로부터 궤도 결함에 대한 가속도 신호의 반응도를 추출하는 단계;
웨이블릿 분석 시 속도를 적분하여 거리로 환산한 후 시간축을 거리축으로 변환하여 거리-주파수 반응도를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 거리-주파수 반응도에 기초하여 상기 이상 개소를 검출하는 단계
를 포함하고,
상기 모니터링 프로그램은
상기 거리-주파수 반응도에 기초하여 미리 설정된 주파수 대역에서 상기 가속도 신호에 따른 주파수 응답이 발생하는 경우, 해당 거리의 구간에서 상기 뜬침목 결함이 발생한 것으로 판단하고,
상기 주파수 대역은
뜬침목의 경우 (2 ~ 150) Hz 대역, 파상마모의 경우 (300~ 400) Hz 대역, 레일찍힘의 경우 (700 ~ 800) Hz 대역으로 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 뜬침목 모니터링 방법. - 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210026754A KR102305601B1 (ko) | 2021-02-26 | 2021-02-26 | 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210026754A KR102305601B1 (ko) | 2021-02-26 | 2021-02-26 | 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102305601B1 true KR102305601B1 (ko) | 2021-09-28 |
Family
ID=77923030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210026754A KR102305601B1 (ko) | 2021-02-26 | 2021-02-26 | 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102305601B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114771605A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-07-22 | 中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所 | 基于声学监测的高速铁路列车-轨道-环境一体化监测方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120026932A (ko) * | 2010-09-10 | 2012-03-20 | 한국철도기술연구원 | 레일 설치형 차륜 답면 탐상용 무인 자동화 시스템 |
| JP5508172B2 (ja) * | 2010-07-07 | 2014-05-28 | 株式会社エイクラ通信 | 枕木変位計測システム |
| KR102116890B1 (ko) * | 2019-11-07 | 2020-05-29 | 주식회사 지에스지 | 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템 및 방법 |
-
2021
- 2021-02-26 KR KR1020210026754A patent/KR102305601B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5508172B2 (ja) * | 2010-07-07 | 2014-05-28 | 株式会社エイクラ通信 | 枕木変位計測システム |
| KR20120026932A (ko) * | 2010-09-10 | 2012-03-20 | 한국철도기술연구원 | 레일 설치형 차륜 답면 탐상용 무인 자동화 시스템 |
| KR102116890B1 (ko) * | 2019-11-07 | 2020-05-29 | 주식회사 지에스지 | 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템 및 방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114771605A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-07-22 | 中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所 | 基于声学监测的高速铁路列车-轨道-环境一体化监测方法 |
| CN114771605B (zh) * | 2022-03-25 | 2023-08-29 | 中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所 | 基于声学监测的高速铁路列车-轨道-环境一体化监测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bernal et al. | Onboard condition monitoring sensors, systems and techniques for freight railway vehicles: a review | |
| CN107200040B (zh) | 用于确定轨道表面的垂直轮廓的方法和系统 | |
| Hodge et al. | Wireless sensor networks for condition monitoring in the railway industry: A survey | |
| Mori et al. | Condition monitoring of railway track using in-service vehicle | |
| CN107406090B (zh) | 异常车辆动态检测 | |
| AU2010200383B2 (en) | Method and system for using location information in conjunction with recorded operating information for a railroad train | |
| CN106018557B (zh) | 一种基于小波分析的轨道表面凹陷检测方法 | |
| Seraj et al. | RoVi: Continuous transport infrastructure monitoring framework for preventive maintenance | |
| KR102116890B1 (ko) | 무선 가속도계를 이용한 이동형 레일/궤도 결함 실시간 분석 및 모니터링 시스템 및 방법 | |
| CN105973457A (zh) | 动车组车载平稳性监控装置及方法 | |
| CN105929025B (zh) | 一种基于时间与空间连续的车轮踏面与轨道故障检测方法 | |
| KR102305601B1 (ko) | 뜬침목 모니터링 시스템 및 방법 | |
| Mori et al. | Development of compact size onboard device for condition monitoring of railway tracks | |
| Tsunashima et al. | Condition monitoring of railway tracks using compact size on-board monitoring device | |
| CA3171477A1 (en) | Mobile railway asset monitoring apparatus and methods | |
| CN108290585A (zh) | 用于以比较控制方式检测脱轨的方法和设备 | |
| CN105509668A (zh) | 轨道波磨检测系统 | |
| Balouchi et al. | Detecting railway under-track voids using multi-train in-service vehicle accelerometer | |
| CN105501250A (zh) | 基于车载检测装置的列车轮对踏面擦伤故障诊断方法 | |
| Bocz et al. | A practical approach to tramway track condition monitoring: vertical track defects detection and identification using time-frequency processing technique | |
| Thurston | Broken rail detection: Practical application of new technology or risk mitigation approaches | |
| Tsunashima et al. | Condition monitoring of railway track and driver using in-service vehicle | |
| Chudzikiewicz et al. | Practical solution of rail vehicle and track dynamics monitoring system | |
| Entezami et al. | Lineside and on-board monitoring techniques for infrastructure and rolling stock on high-speed lines | |
| CN105608416B (zh) | 振动擦伤检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |