KR102340024B1 - Track abnormality detection method applicable to various types of train tracks - Google Patents

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KR102340024B1
KR102340024B1 KR1020210028559A KR20210028559A KR102340024B1 KR 102340024 B1 KR102340024 B1 KR 102340024B1 KR 1020210028559 A KR1020210028559 A KR 1020210028559A KR 20210028559 A KR20210028559 A KR 20210028559A KR 102340024 B1 KR102340024 B1 KR 102340024B1
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Abstract

A method for detecting track anomalies is provided. According to an aspect of the present invention, in a track anomaly detection device, the method for detecting track anomalies may comprise the steps of: calculating at least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope of a recess existing in a track by using a three-dimensional shape measuring device; determining the track risk level of the recess based on the calculated value of at least one of the cross-sectional area, the volume, and the slope; and if it is determined that repair of the track is necessary according to the determined track risk level, calculating the location of the track requiring maintenance by integrating the speed values measured by a speed measuring sensor and using the calculated moving distance.

Description

다양한 종류의 열차 선로에 적용 가능한 선로 이상 탐지 방법 {TRACK ABNORMALITY DETECTION METHOD APPLICABLE TO VARIOUS TYPES OF TRAIN TRACKS}TRACK ABNORMALITY DETECTION METHOD APPLICABLE TO VARIOUS TYPES OF TRAIN TRACKS

본 발명은 자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 3차원 형상 측정 장치를 이용해 선로에 존재하는 결함, 곧 선로의 휨 또는 패임의 위험도를 정량적으로 계산하고, 속도 측정 센서를 이용하여 결함이 발견된 위치를 정확하게 산출할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an automated line abnormality detection method and apparatus, and more particularly, quantitatively calculates the risk of defects existing in the line, that is, the bending or dent of the line, using a three-dimensional shape measuring device, and using a speed measuring sensor Thus, it relates to a method that can accurately calculate the location where the defect was found.

일반적으로, 열차에 장착되어 철도시설물을 관리하는 시스템은 영상을 촬영하여 녹화된 영상을 육안으로 점검하게 하거나, 더 발전된 경우 정상 상태의 참조 영상과 운행 시의 시설 영상을 컴퓨터로 비교하도록 하여 불일치를 판단하게 한다. 최근에는 인공지능 기계학습 기술이 발달함에 따라 기계학습 응용 방법이 쓰이기도 한다.In general, a system that is mounted on a train and manages railway facilities takes images and visually inspects the recorded images, or, in the case of further development, compares the normal state reference image with the facility image during operation with a computer to resolve discrepancies. to judge Recently, with the development of artificial intelligence machine learning technology, machine learning application methods are also used.

이러한 기술들은 크게 볼 때, 어떻게 이상을 탐지할 것인가와 이상을 탐지한 위치를 어떻게 알아낼 것인가에 대해 주안점을 두고 있는데, 첫 번째로 어떻게 이상을 탐지할 것인가에 대해서, 선행기술들은 시설물들이 정상 상태일 때의 참조 이미지와 실시간으로 취득한 카메라 이미지와의 비교를 통해 이상 여부를 판별하는 방법을 사용하거나, 레이저 스캐너를 사용하여 시설물 전체의 3차원 형상을 스캔하여 참조 형상과 비교한다는 추상적이고 모호한 방법과 기준을 제시하여 실제로 활용하기 어려운 문제점이 있었다.In a broad sense, these technologies focus on how to detect anomalies and how to find out the location where the abnormalities are detected. An abstract and ambiguous method and standard of using a method to determine whether there is an abnormality by comparing the reference image at the time of operation with the camera image acquired in real time, or using a laser scanner to scan the three-dimensional shape of the entire facility and compare it with the reference shape There was a problem that it was difficult to actually use it by presenting it.

두 번째로, 철도 시설물의 이상을 탐지한 위치를 어떻게 알아낼 것인가에 대해서, 선행 기술들은 선로상의 이상점을 발견한 열차의 위치를 알아내기 위해 레이저 또는 카메라로 열차가 지나온 침목의 개수를 센 후, 이 침목의 개수에 침목 사이의 거리를 곱하여 출발점에서부터 열차의 이동거리를 산출하거나, 바퀴의 회전수를 타코미터를 통해 얻어, 여기에 바퀴의 반경을 곱해서 이동거리를 산출했다. 이 방법들은 열차의 선로에는 반드시 침목이 있거나, 또는 열차에 바퀴가 반드시 있다는 전제조건하에 구현이 가능하였다.Second, as to how to find out the position where the abnormality of the railroad facility is detected, the prior art counts the number of sleepers that the train has passed with a laser or camera to find out the position of the train that found the abnormality on the track, The number of sleepers was multiplied by the distance between the sleepers to calculate the travel distance of the train from the starting point, or the number of rotations of the wheels was obtained through a tachometer and multiplied by the radius of the wheels to calculate the travel distance. These methods could be implemented under the premise that there must be a sleeper on the track of the train or that the train must have wheels.

그러나, 현대의 철도 기술이 발전하여 침목이 없는 선로를 사용하는 열차가 있다. 예를 들어, 타이어 굴림 방식 열차, 트램, 모노레일, 자기부상 열차들이 대표적이며, 특히 자기부상열차의 경우 바퀴도 없어, 종래의 기술로서는 이상점을 발견한 열차의 선로상 위치를 산출할 수 없는 문제점이 있었다.However, due to advances in modern railway technology, there are trains using sleeperless tracks. For example, tire rolling type trains, trams, monorails, and maglev trains are representative, and in particular, in the case of maglev trains, there are no wheels. there was

선행 등록특허 KR 10-1806810 (궤도차량을 이용한 철도시설물 감시시스템)의 경우 열차가 운행되는 터널의 구조물의 정상 비정상 여부를 비교하기 위해 레이저로 침목을 감지하여 개수를 센 다음, 특정할 수 있는 n번째 침목을 기준점으로 한 위치에서 영상을 취득하는데, 이는 선로에 침목이 있어야만 가능하므로 침목이 없는 선로를 사용하는 열차 시스템에는 적용할 수 없었다.In the case of the prior registered patent KR 10-1806810 (rail facility monitoring system using tracked vehicles), in order to compare whether the structure of the tunnel in which the train runs is abnormal, it detects the sleepers with a laser, counts the number, and then determines the number of n The image is acquired at a position with the second sleeper as a reference point, which cannot be applied to a train system using a track without a sleeper because it is only possible with a sleeper on the track.

또한, 공개특허 US 2019-0039633 (RAILROAD TRACK ANOMALY DETECTION)는 열차가 선로의 이상 여부를 탐지하기 위해 GPS로 위치를 특정할 수 있는 위치에서 미리 얻어 놓은 시설물의 정상 참조 이미지와, 열차 운행 시 동일한 지점에서 수집된 선로의 이미지를 비교함으로써 이상여부를 찾아내는데, 현재 기술로서는 GPS만으로는 빠른 속도로 이동하는 열차의 정확한 위치를 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 터널 안 또는 지하 운행 시에는 아예 열차의 위치를 산출할 수 없었다.In addition, Patent Publication US 2019-0039633 (RAILROAD TRACK ANOMALY DETECTION) discloses a normal reference image of a facility obtained in advance from a location where the location of the train can be specified by GPS to detect abnormalities in the track, and the same point when the train is running By comparing the images of tracks collected in couldn't

KR 1806810KR 1806810 US 2019-0039633US 2019-0039633

첫 번째로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 바퀴가 없는 열차나 침목이 없는 선로를 운행하는 열차의 경우도 선로의 이상점을 탐지하고 그 위치를 정확하게 산출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.First, the problem to be solved by the present invention is to provide a method capable of detecting an anomaly of a track and accurately calculating its position even in a train without wheels or a train running on a track without sleepers.

두 번째로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선로 이상점의 위험 등급을 결정하기 위해 활용해야 하는 패임부의 깊이, 단면적, 체적 및 기울기를 정확하게 산출할 수 있는 구체적인 방법을 제공하는 것이다.Second, the problem to be solved by the present invention is to provide a specific method capable of accurately calculating the depth, cross-sectional area, volume, and inclination of the recess that should be utilized to determine the risk grade of the outlier in the line.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 선로 이상 탐지 장치에서, 선로 이상을 탐지하는 방법은, 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하는 단계; 및 상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분한 값인 열차 이동거리를 통해 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.In the line abnormality detection apparatus according to an aspect of the present invention for solving the above-described problems, the method for detecting the line abnormality is at least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope of a recess existing in a track using a three-dimensional shape measuring device. yielding one; determining a line hazard class of the depression based on a calculated value of at least one of the cross-sectional area, the volume, and the slope; and when it is determined that repair of the track is necessary according to the determined risk grade of the track, calculating the position of the track requiring repair through the train travel distance, which is a value obtained by integrating the speed values measured by the speed measuring sensor; .

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.According to the present invention as described above, it has various effects as follows.

본 발명에 따르면, 선로의 이상점에 해당하는 패임부의 단면적, 체적, 기울기 및 위험등급을 정량적으로 산출할 수 있으며, 이를 활용하여 선로 안전 진단을 효율적으로 진행할 수 있다.According to the present invention, it is possible to quantitatively calculate the cross-sectional area, volume, inclination, and hazard level of the recess corresponding to the abnormal point of the line, and by utilizing this, the line safety diagnosis can be performed efficiently.

또한, 본 발명에 따르면, 침목 또는 바퀴가 없는 모노레일, 트램, 자기부상 열차 등 모든 열차 시스템에서 열차의 위치를 산출할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to calculate the position of the train in all train systems, such as monorails, trams, and maglev trains without sleepers or wheels.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 3차원 형상 측정 장치로, 광삼각법을 적용해 선로 표면부의 2차원 이미지뿐 아니라 선로 표면부 각각의 높이를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 속도 측정 장치로, 레이저 도플러 센서의 레이저를 선로에 투사해 속도를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 단면적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 패임부 빈 공간의 단면적을 연산하기 위해 도 6의 선로를 뒤집은 형태를 통해 보다 용이하게 연산할 수 있는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 체적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 기울기를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
1 is a conceptual diagram schematically illustrating a track anomaly detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a three-dimensional shape measuring device among the devices constituting the track anomaly detection device shown in FIG. 1, showing in detail an example of measuring the height of each of the track surface parts as well as a two-dimensional image of the track surface part by applying the optical triangulation method. It is a configuration diagram.
FIG. 3 is a configuration diagram showing in detail an example of measuring speed by projecting a laser of a laser Doppler sensor onto a line as a speed measuring device among devices constituting the line anomaly detection device shown in FIG. 1 .
4 is a block diagram for explaining a line abnormality detection method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method for detecting a line abnormality according to an embodiment of the present invention.
6 to 7 are exemplary views for explaining a method of calculating a cross-sectional area of a recess according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exemplary view for explaining a method of more easily calculating the cross-sectional area of the empty space of the track recess according to an embodiment of the present invention through the inverted shape of the track of FIG. 6 .
9 is an exemplary view for explaining a method of calculating a volume of a recess according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary view for explaining a method of calculating the slope of the recess according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully understand the scope of the present invention to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components. Like reference numerals refer to like elements throughout, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited elements. Although "first", "second", etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein will have the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. It can be used to easily describe the correlation between a component and other components. Spatially relative terms should be understood as terms including different directions of components during use or operation in addition to the directions shown in the drawings. For example, when a component shown in the drawing is turned over, a component described as “beneath” or “beneath” of another component may be placed “above” of the other component. can Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. Components may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 2는 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 3차원 형상 측정 장치로, 광삼각법을 적용해 선로 표면부의 2차원 이미지뿐 아니라 선로 표면부 각각의 높이를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다.1 is a conceptual diagram schematically illustrating a track anomaly detection apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a three-dimensional shape measuring device among the devices constituting the track anomaly detection device shown in FIG. 1, showing in detail an example of measuring the height of each of the track surface parts as well as a two-dimensional image of the track surface part by applying the optical triangulation method. It is a configuration diagram.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 장치는 선로(103)에 존재하는 패임부의 단면 형상을 획득하는 3차원 형상 측정 장치(100), 열차의 이동속도를 측정하기 위한 속도 측정 센서(101) 및 상기 각 구성들을 전반적으로 제어하며 3차원 형상 측정 장치에서 획득한 선로 단면의 2차원 배열 데이터 값들을 이용하여 선로(103)의 이상 여부를 결정하는 제어부(102)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the track anomaly detection apparatus according to an embodiment of the present invention is a three-dimensional shape measuring apparatus 100 for obtaining a cross-sectional shape of a recess existing in a track 103, measuring the moving speed of a train The speed measuring sensor 101 for overall control and the control unit 102 for determining whether the line 103 is abnormal using the two-dimensional array data values of the line section obtained from the three-dimensional shape measuring device may include

예를 들어, 속도 측정 센서(101)는, 열차가 출발하면서부터 열차 하단을 반복 투사하여 속도 값을 얻는데, 이동거리는 속도에 시간을 곱한 값이기 때문에 이 속도 값들을 측정 시간차로 적분한 값은 이동거리가 되어, 특정시점의 열차의 위치를 판별할 수 있다. 이 열차의 위치 값은 추후 선로 이상이 탐지되었을 때 이상이 발견된 장소를 추적하기 위해 활용될 수 있다. For example, the speed sensor 101 obtains a speed value by repeatedly projecting the lower end of the train from the time the train departs. It becomes the distance, and it is possible to determine the position of the train at a specific point in time. The position value of this train can be used to track the location where the anomaly is detected when a track abnormality is detected later.

속도를 측정하는 방법은 일반적으로 2개의 레이저 빔을 선로 표면에 투사하여 산란된 도플러 시프트광을 측정하여 활용하기 위해 레이저 도플러 센서가 사용되나, 상기 속도 측정 센서는 레이저 도플러 센서의 사례에 한정되지 않으며, 다양한 방식의 속도 측정 센서가 사용될 수 있다.A method of measuring the speed is generally a laser Doppler sensor is used to measure and utilize the scattered Doppler shift light by projecting two laser beams onto the surface of the line, but the speed measuring sensor is not limited to the case of the laser Doppler sensor. , various types of speed measuring sensors may be used.

예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(100)는 주기적으로 열차 하부를 투사하면서 선로 단면 형상의 2차원 배열 데이터를 측정하여 이상 위치 탐지에 활용할 수 있다. For example, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 may measure the two-dimensional array data of the cross-sectional shape of the track while periodically projecting the lower part of the train, and may be utilized to detect anomalies.

상기 측정 장치는 일반적으로 1개의 3D 카메라와 1개의 라인레이저로 구성하여 광삼각법을 구현해 사용할 수 있으며, 2개의 카메라를 구성으로 하여 구현 가능한 스테레오비전 방식, 3D 구조광 카메라, 적외선 구조광 카메라 및 TOF 카메라 방식에 이르기까지 영상에서 깊이 또는 높이에 대한 정보를 획득할 수 있다면 다양한 방식을 적용할 수 있다. The measurement device is generally composed of one 3D camera and one line laser to implement optical triangulation, and can be implemented by using two cameras as a stereo vision method, 3D structured light camera, infrared structured light camera, and TOF. Various methods can be applied as long as information on depth or height can be obtained from an image up to the camera method.

도 2는 1개의 카메라(110)와 1개의 라인레이저(111)로 구현 가능한 광삼각법을 이용해 선로(103) 표면의 깊이 정보를 획득하는 3차원 형상 측정 장치의 구성 예시이다.2 is a configuration example of a three-dimensional shape measuring apparatus for acquiring depth information of the surface of the line 103 using the optical triangulation method that can be implemented with one camera 110 and one line laser 111 .

도 3은 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 속도 측정 장치로, 레이저 도플러 센서의 레이저를 선로에 투사해 속도를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 단면적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 패임부 빈 공간의 단면적을 연산하기 위해 도 6의 선로를 뒤집은 형태를 통해 보다 용이하게 연산할 수 있는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 체적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 기울기를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 3 is a configuration diagram showing in detail an example of measuring speed by projecting a laser of a laser Doppler sensor onto a line as a speed measuring device among devices constituting the line anomaly detection device shown in FIG. 1 . 4 is a block diagram for explaining a line abnormality detection method according to an embodiment of the present invention. 5 is a flowchart illustrating a method for detecting a line abnormality according to an embodiment of the present invention. 6 to 7 are exemplary views for explaining a method of calculating a cross-sectional area of a recess according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is an exemplary view for explaining a method of more easily calculating the cross-sectional area of the empty space of the track recess according to an embodiment of the present invention through the inverted shape of the track of FIG. 6 . 9 is an exemplary view for explaining a method of calculating a volume of a recess according to an embodiment of the present invention. 10 is an exemplary view for explaining a method of calculating the slope of the recess according to an embodiment of the present invention.

한편, 하기에서 설명할 패임부는 선로에서 움푹 파인 곳 또는 휜 곳을 의미할 수 있으며, 선로의 단면적은 열차 진행 방향과 수직으로 선로를 자른 단면의 단면적일 수 있으며, 패임부의 단면적은 선로가 마모되기 전 정상 상태의 선로 단면에서 현재 마모된 선로 단면부의 영역을 뺀 나머지 공간의 영역을 의미할 수 있다.On the other hand, the dent to be described below may mean a depression or a bend in the track, the cross-sectional area of the track may be the cross-sectional area of a cross-section cut perpendicular to the train traveling direction, and the cross-sectional area of the dent is the It may mean the area of the remaining space after subtracting the area of the currently worn cross-section of the line from the cross-section of the line in a normal state before being worn out.

도 2 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 5의 동작 22에서, 3차원 형상 측정 장치(100)를 이용하여 선로 단면의 2차원 형상을 도출함에 따라, 선로 표면 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.2 and 5 , in one embodiment, the control unit 102 derives a two-dimensional shape of a cross-section of a track by using the three-dimensional shape measuring apparatus 100 in operation 22 of FIG. 5 , and thus the track surface At least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope of the recess may be calculated.

예를 들어, 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 3차원 형상 측정 장치(100)에서 측정된 선로 단면의 2차원 배열 데이터 값들은, 이 측정 장치(100)를 구성하는 카메라(110)와 라인레이저(111)의 해상도에 의존하며, 이 해상도는 선로의 표면에서 측정된 x, y 포인트가 하나의 쌍으로 구성된 2차원 배열 데이터의 범위를 의미하며, 선로 단면의 가로 방향 위치를 의미하는 x값 하나당 하나의 높이 y값을 가질 수 있다. For example, referring to FIGS. 2, 6 and 7 , the two-dimensional array data values of the line section measured by the three-dimensional shape measuring apparatus 100 are the camera 110 constituting the measuring apparatus 100 . and the resolution of the line laser 111, which means the range of two-dimensional array data in which the x and y points measured on the surface of the line are a pair, and means the horizontal position of the line cross section. Each x-value can have one height y-value.

제어부(102)는 3차원 형상 측정 장치(100)의 시야각, 해상도 및 선로와 이격거리 간의 관계를 통해, x의 1 포인트 간격에 대응되는 실제 선로상의 폭 mm 값(도 6, 도7의 dx)과 y의 1 포인트 간격에 대응되는 실제 선로상의 높이 mm 값을 알 수 있다. 도 6을 참조하면 하기 수학식 1과 같이 대응되는 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.The control unit 102 determines the actual width mm value on the line corresponding to the 1-point interval of x (dx in FIGS. 6 and 7) through the relationship between the viewing angle, the resolution, and the distance between the line and the separation distance of the three-dimensional shape measuring apparatus 100 You can know the height mm value on the actual line corresponding to the 1-point interval of and y. Referring to FIG. 6 , the cross-sectional area of the corresponding recess may be calculated as in Equation 1 below.

Figure 112021025469890-pat00001
Figure 112021025469890-pat00001

여기서

Figure 112021025469890-pat00002
은 센서에서 패임이 없거나 가장 적게 패임이 발생한 선로 표면과의 이격거리이고,
Figure 112021025469890-pat00003
는 선로에서 가장 깊이 패인 곳과의 이격거리이다. 이해를 보다 쉽게하기 위해 도 6의 선로 모양에서
Figure 112021025469890-pat00004
위치를 대칭축으로 하여 반전시키면 도 9와 같은 모양이 되는데, 여기서 음영부로 칠해진, 선로와
Figure 112021025469890-pat00005
= 0 직선 사이 빈공간 영역의 면적이 패임부의 단면적이 된다.here
Figure 112021025469890-pat00002
is the distance from the surface of the line where there is no or the least dents in the sensor,
Figure 112021025469890-pat00003
is the distance from the deepest hole in the track. In order to make it easier to understand, in the shape of the line in Fig.
Figure 112021025469890-pat00004
If the position is reversed with the axis of symmetry, the shape is as shown in FIG. 9, where the line and
Figure 112021025469890-pat00005
= 0 The area of the empty space between straight lines becomes the cross-sectional area of the recess.

구체적으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 3차원 형상 측정 장치 (100)로 선로 패임부의 패임 깊이를 측정할 경우, 3차원 형상 측정 장치의 해상도, 시야각 및 측정 장치와 선로의 이격거리 관계에 따라 선로의 폭에 해당하는 n개의 x 값과 이 x 값들에 대응되는, 센서와 선로 사이의 이격거리 y 값들을 얻을 수 있다.Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7 , when the depth of the dent of the line dent is measured by the three-dimensional shape measuring apparatus 100, the resolution, the viewing angle, and the distance between the measuring apparatus and the line of the three-dimensional shape measuring apparatus According to the distance relationship, n x values corresponding to the width of the line and y values of the separation distance between the sensor and the line corresponding to these x values can be obtained.

예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(100)와 선로 표면의 패임이 없는 부분 사이의 이격거리를 도 6의

Figure 112021025469890-pat00006
(200)이라고 할 경우, 가장 깊이 패인 부분과 3차원 형상 측정 장치(100)와의 거리는
Figure 112021025469890-pat00007
(201)가 되고,
Figure 112021025469890-pat00008
-
Figure 112021025469890-pat00009
의 값은 선로 표면에서 가장 깊이 패인 곳까지의 깊이가 된다. For example, the separation distance between the three-dimensional shape measuring apparatus 100 and a portion of the surface of the track without a dent is shown in FIG. 6 .
Figure 112021025469890-pat00006
In the case of (200), the distance between the deepest part and the three-dimensional shape measuring apparatus 100 is
Figure 112021025469890-pat00007
becomes (201),
Figure 112021025469890-pat00008
-
Figure 112021025469890-pat00009
The value of is the depth from the surface of the track to the deepest indentation.

따라서 도 6과 같이, 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 2차원 배열 데이터를 구성하는 x값의 간격 1에 해당하는 실제 선로의 폭을

Figure 112021025469890-pat00010
라 하고, 각
Figure 112021025469890-pat00011
부터
Figure 112021025469890-pat00012
까지 각
Figure 112021025469890-pat00013
점마다 측정된 이격거리를
Figure 112021025469890-pat00014
,
Figure 112021025469890-pat00015
,
Figure 112021025469890-pat00016
부터
Figure 112021025469890-pat00017
,
Figure 112021025469890-pat00018
,
Figure 112021025469890-pat00019
까지라 할 때 도 6에서
Figure 112021025469890-pat00020
보다 깊은 부분인 패임부 빈 공간의 단면적의 합은, 도 6의 선로를
Figure 112021025469890-pat00021
을 축으로 상하 반전시켰을 때의 그림인 도 9를 참조할 경우,
Figure 112021025469890-pat00022
축의 0점은 기존
Figure 112021025469890-pat00023
축에서의
Figure 112021025469890-pat00024
위치가 되며,
Figure 112021025469890-pat00025
Figure 112021025469890-pat00026
축에서 위치 값은
Figure 112021025469890-pat00027
.-
Figure 112021025469890-pat00028
이 된다. Therefore, as shown in FIG. 6 , the actual line width corresponding to the interval 1 of the x values constituting the two-dimensional array data obtained by the three-dimensional shape measuring device is measured.
Figure 112021025469890-pat00010
say, each
Figure 112021025469890-pat00011
from
Figure 112021025469890-pat00012
until each
Figure 112021025469890-pat00013
The distance measured for each point
Figure 112021025469890-pat00014
,
Figure 112021025469890-pat00015
,
Figure 112021025469890-pat00016
from
Figure 112021025469890-pat00017
,
Figure 112021025469890-pat00018
,
Figure 112021025469890-pat00019
In FIG. 6 when to
Figure 112021025469890-pat00020
The sum of the cross-sectional areas of the hollow space of the recess, which is a deeper part, is
Figure 112021025469890-pat00021
When referring to FIG. 9, which is a figure when the axis is inverted up and down,
Figure 112021025469890-pat00022
The zero point on the axis is
Figure 112021025469890-pat00023
at the axis
Figure 112021025469890-pat00024
becomes the location,
Figure 112021025469890-pat00025
of
Figure 112021025469890-pat00026
The position value on the axis is
Figure 112021025469890-pat00027
.-
Figure 112021025469890-pat00028
becomes this

Figure 112021025469890-pat00029
공간에서
Figure 112021025469890-pat00030
,
Figure 112021025469890-pat00031
,
Figure 112021025469890-pat00032
부터
Figure 112021025469890-pat00033
,
Figure 112021025469890-pat00034
,
Figure 112021025469890-pat00035
까지 모두 합산하면 패임부 빈공간 단면적의 근삿값이 되며 이를 식으로 표현한 것이 상기 수학식 1이다.this
Figure 112021025469890-pat00029
in space
Figure 112021025469890-pat00030
,
Figure 112021025469890-pat00031
,
Figure 112021025469890-pat00032
from
Figure 112021025469890-pat00033
,
Figure 112021025469890-pat00034
,
Figure 112021025469890-pat00035
By summing up all of them, it becomes an approximation of the cross-sectional area of the hollow space of the recess, and Equation 1 is expressed as an equation.

한편, 도 7을 참조하면, 제어부(102)는 다른 방식으로 패임부의 단면적을 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(102)는 3차원 형상 측정 장치(100)에서 측정된 2차원 배열 데이터를 구성하는 x, y 포인트들로 구성할 수 있는 단면 형상을 도 6에서와 같이 계단형이 아닌 각 포인트들을 이은 선분들로 구성된 삼각형과 평행사변형 면적들의 합으로 근사할 수 있으며, 이를 의미하는 수학식 2를 통해 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 7 , the control unit 102 may calculate the cross-sectional area of the recess in another method. For example, the control unit 102 sets a cross-sectional shape that can be composed of x and y points constituting the two-dimensional array data measured by the three-dimensional shape measuring apparatus 100, each point that is not a step shape as shown in FIG. 6 . This can be approximated by the sum of the areas of a triangle and a parallelogram composed of line segments, and the cross-sectional area of the recess can be calculated through Equation 2, which means this.

Figure 112021025469890-pat00036
Figure 112021025469890-pat00036

여기서

Figure 112021025469890-pat00037
는 3차원 형상 측정 장치에서 측정된 2차원 배열 데이터를 구성하는 하나의 배열 x, y 중, 가로 방향을 의미하는 x의 단위길이 1에 해당하는 선로 상 mm길이이고,
Figure 112021025469890-pat00038
는 3차원 형상 측정 장치와 패임이 없는 선로 표면 간의 최소 이격거리이다. here
Figure 112021025469890-pat00037
is the length in mm on the line corresponding to the unit length 1 of x, which means the horizontal direction, of one array x and y constituting the two-dimensional array data measured by the three-dimensional shape measuring device,
Figure 112021025469890-pat00038
is the minimum separation distance between the 3D shape measuring device and the surface of the track without dents.

앞서 도 6에서 직사각형들의 조합으로 패임부의 단면적을 계산했다면, 도 7은 선로 표면 각각 이격거리가 측정된 포인트(도 7에서 화살표의 종점이 각각 가리키는 곳)들을 이은 선분들에 의해 계산되는 단면적의 근삿값을 도시하고 있다. 즉, 선로 표면의

Figure 112021025469890-pat00039
점을 시작으로
Figure 112021025469890-pat00040
점,
Figure 112021025469890-pat00041
점까지 이은 선분과
Figure 112021025469890-pat00042
인 평행선과의 빈 공간 영역이 파손 영역의 전체 단면적을 의미하는데 2차원 배열 데이터의 포인트를 x방향으로 1씩 증가시키면서 세부 평행사변형 조각의 면적합을 구하는 방식으로 빈공간의 면적을 구할 수 있는데, 이를 식으로 나타내면 상기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. If the cross-sectional area of the recess was calculated by the combination of rectangles in FIG. 6, FIG. 7 shows the cross-sectional area calculated by the line segments connecting the points (where the end points of the arrows in FIG. Approximate values are shown. That is, the surface of the line
Figure 112021025469890-pat00039
starting with the point
Figure 112021025469890-pat00040
dot,
Figure 112021025469890-pat00041
line segment to a point
Figure 112021025469890-pat00042
The empty space area with the parallel line denotes the total cross-sectional area of the damaged area. The empty space area can be obtained by increasing the points of the two-dimensional array data by 1 in the x-direction and finding the sum of the areas of the detailed parallelogram pieces. This can be expressed as Equation 2 above.

일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 10에 도시된 바와 같이 패임부의 체적을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(102)는 도 6, 또는 도 7의 방식으로 산출한 패임부의 단면적 측정 시점에 속도 측정 센서(101)와 제어부(102)를 이용하여

Figure 112021025469890-pat00043
,
Figure 112021025469890-pat00044
부터
Figure 112021025469890-pat00045
,
Figure 112021025469890-pat00046
까지의 미세 이동거리들을 산출할 수 있고, 단면적에 이동거리를 곱해 합산하는 하기 수학식 3를 이용하여 패임부의 총 체적을 산출할 수 있다.In an embodiment, the controller 102 may calculate the volume of the recess as shown in FIG. 10 . For example, the control unit 102 using the speed measurement sensor 101 and the control unit 102 at the time of measuring the cross-sectional area of the recess calculated by the method of FIG. 6 or FIG. 7 .
Figure 112021025469890-pat00043
,
Figure 112021025469890-pat00044
from
Figure 112021025469890-pat00045
,
Figure 112021025469890-pat00046
It is possible to calculate the fine movement distances to , and it is possible to calculate the total volume of the recess by using Equation 3 below, which is summed by multiplying the cross-sectional area by the movement distance.

Figure 112021025469890-pat00047
Figure 112021025469890-pat00047

여기서

Figure 112021025469890-pat00048
은 x가 n일 때 패임부의 단면적이고,
Figure 112021025469890-pat00049
은 x가 n일 때, 곧 해당 단면적을 산출한 시점의 미세 이동거리이다. 여기서 만약 속도 측정 센서가 같은 거리 간격으로 속도를 측정했다면 상기 수학식 3은 아래 수학식 4와 같이 단순화될 수 있다.here
Figure 112021025469890-pat00048
is the cross-sectional area of the recess when x is n,
Figure 112021025469890-pat00049
is the fine movement distance when x is n, that is, when the cross-sectional area is calculated. Here, if the speed measuring sensor measures the speed at the same distance interval, Equation 3 can be simplified as Equation 4 below.

Figure 112021025469890-pat00050
Figure 112021025469890-pat00050

구체적으로, 도 10은 열차가 진행 방향으로 진행하면서 도 6 또는 도 7의 방식으로 산출된 선로의 패임부 단면적(300)과 열차의 미세 이동거리(301)를 이용하여 산출되는 선로와 패임부의 3차원 형상 개념도이다. Specifically, FIG. 10 shows the track and recesses calculated by using the cross-sectional area 300 of the recess of the track calculated by the method of FIG. 6 or FIG. 7 and the fine movement distance 301 of the train as the train proceeds in the traveling direction. It is a 3D shape conceptual diagram.

도 3에서와 같이 열차에 달린 속도 측정 센서(101)가 측정한 속도로부터 미세 이동거리(301)를 얻을 수 있으며, 속도 측정 센서(101)가 열차 출발점인

Figure 112021025469890-pat00051
번째부터
Figure 112021025469890-pat00052
번째 시점까지 측정했을 때 각각의 이동거리가
Figure 112021025469890-pat00053
,
Figure 112021025469890-pat00054
Figure 112021025469890-pat00055
,
Figure 112021025469890-pat00056
까지이고, 각 측정시점에 산출된 패임부의 단면적(300)들이
Figure 112021025469890-pat00057
,
Figure 112021025469890-pat00058
Figure 112021025469890-pat00059
,
Figure 112021025469890-pat00060
이면, 패임부의 총 체적은
Figure 112021025469890-pat00061
Figure 112021025469890-pat00062
까지 합산한 값이 된다. As shown in FIG. 3 , a fine movement distance 301 can be obtained from the speed measured by the speed sensor 101 attached to the train, and the speed sensor 101 is the starting point of the train.
Figure 112021025469890-pat00051
from the second
Figure 112021025469890-pat00052
When measured up to the second time point, each travel distance is
Figure 112021025469890-pat00053
,
Figure 112021025469890-pat00054
Figure 112021025469890-pat00055
,
Figure 112021025469890-pat00056
up to, and the cross-sectional areas 300 of the recesses calculated at each measurement point are
Figure 112021025469890-pat00057
,
Figure 112021025469890-pat00058
Figure 112021025469890-pat00059
,
Figure 112021025469890-pat00060
If , the total volume of the recess is
Figure 112021025469890-pat00061
Figure 112021025469890-pat00062
is the sum of up to

이 과정에서 3차원 형상 측정 장치(100)는 고정 시간 간격으로 선로와의 이격거리를 측정할 수도 있지만, 보다 바람직하게는 고정 이동거리 간격, 예를들어 매 1mm 마다 이격거리를 측정하는 것이 균일한 간격으로 미세 체적을 산출하기 때문에 오차가 적을 수 있다. 이렇게 하기 위해서 속도 측정 센서(101)는 아주 짧은 간격으로 이동거리 계산을 반복 진행하면서 매 이동거리 도달 시 마다 3차원 형상 측정 장치(100)에 반복적으로 이격거리 측정 신호를 보내야 한다.In this process, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 may measure the separation distance from the line at fixed time intervals, but more preferably, it is uniform to measure the separation distance at a fixed moving distance interval, for example, every 1 mm. Since the micro-volume is calculated at intervals, the error may be small. In order to do this, the speed measuring sensor 101 must repeatedly transmit a distance measuring signal to the three-dimensional shape measuring device 100 whenever the moving distance is reached while repeatedly calculating the moving distance at very short intervals.

일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 10에 도시된 바와 같이 패임부의 기울기(402)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(102)는 3차원 형상 측정 장치(100)로부터 선로와 이격거리를 통해 단면의 형상을 2차원 배열 데이터로 측정할 수 있고, 이 데이터를 통해 선로 표면부를 구성하는 x, y를 하나의 쌍으로 가지는 복수의 포인트들의 정보를 얻을 수 있다. In an embodiment, the controller 102 may calculate the slope 402 of the recess as shown in FIG. 10 . For example, the control unit 102 may measure the shape of the cross section as two-dimensional array data from the three-dimensional shape measuring device 100 through the distance from the line, and through this data, x, y constituting the surface of the line It is possible to obtain information of a plurality of points having .

이 포인트 정보들로부터 선로 표면부라 간주할 수 있는 유효한 y 값의 범위를 확인할 수 있고, 유효한 y값을 가지는 포인트들 중, 가로 방향 가장 좌측에 위치하는 선로 표면부 시작점

Figure 112021025469890-pat00063
과 가장 우측에 위치하는 선로 표면부 종료점
Figure 112021025469890-pat00064
을 알아낼 수 있다. From this point information, it is possible to confirm the range of valid y values that can be regarded as the surface of the line, and among the points having the valid y value, the starting point of the surface of the line located at the leftmost side in the horizontal direction.
Figure 112021025469890-pat00063
and the rightmost end point of the surface of the line
Figure 112021025469890-pat00064
can find out

Figure 112021025469890-pat00065
Figure 112021025469890-pat00066
의 범위의 단면에서 가장 높은 높이 y 값을 갖는 제1 포인트(403)와, 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두번째로 높은 높이 y 값을 갖는 제2 포인트(404)를 연결한 접선(401)이 수평선(400)과 이루는 기울기(402)를 산출할 수 있다. this
Figure 112021025469890-pat00065
class
Figure 112021025469890-pat00066
A tangent line 401 connecting the first point 403 having the highest height y value in the cross section of the range and the second point 404 having the second highest height y value not adjacent to the first point is A slope 402 formed with the horizontal line 400 may be calculated.

선로상 특정 지점에서 기울기가 심한 경우 바퀴의 편마모와 열차 탈선 등 위험을 발생시킬 수 있기 때문에 열차의 모든 운행구간에서 선로의 기울기(402)를 확인하는 것이 선로 이상 감지에서 중요하다 할 수 있다. 도 10은 선로(103)의 패임에 의해 특정 단면에서 발생하는 기울기(402)를 나타낸다. If the inclination is severe at a specific point on the track, it may be important to check the inclination 402 of the track in all operating sections of the train because it may cause risks such as uneven wheel wear and train derailment. 10 shows a slope 402 generated in a specific cross section by the dent of the line 103 .

3차원 형상 측정 장치(100)에 의해 도출된 단면의 모양에서 선로 표면부와 접선의 방정식을 산출해낸 다음, 상기 접선과 수평선과의 각도차를 통해 기울기 θ를 산출할 수 있다.After calculating the equation of the line surface portion and the tangent line from the shape of the cross-section derived by the three-dimensional shape measuring apparatus 100 , the slope θ may be calculated through the angle difference between the tangent line and the horizontal line.

일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 5의 동작 23에서, 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 패임부의 선로 위험 등급을 결정할 수 있다. 여기서, 위험 등급을 결정하기 위한 매핑 테이블이 미리 저장될 수 있다. 예컨대, 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 각각의 값들을 복수의 구간들로 세분화하고 각각의 구간들에 대응하는 위험등급이 매핑 테이블에 저장될 수 있다.In an embodiment, in operation 23 of FIG. 5 , the control unit 102 may determine the line risk level of the depression based on a calculated value of at least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope. Here, a mapping table for determining the risk level may be stored in advance. For example, each value of the cross-sectional area, volume, and slope of the recess may be subdivided into a plurality of sections, and a risk level corresponding to each section may be stored in the mapping table.

예를 들어, 도 4는 상기한 방법과 같이 본 발명의 속도 측정 센서(101) 및 3차원 형상 측정 장치(100)와 연결되어 전달받은 센서 데이터들을 통해 선로의 특정 지점에서 위험 등급을 산출하는 소프트웨어의 구조이다. For example, FIG. 4 shows software for calculating a risk level at a specific point of a line through sensor data transmitted by being connected to the speed measuring sensor 101 and the three-dimensional shape measuring device 100 of the present invention as in the above-described method. is the structure of

보다 구체적으로는, 3차원 형상 측정 장치(100)로 측정한 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터를 제어부(102)를 통해 연산한 값인 패임부 단면적에, 속도 측정 센서(101)에서 측정된 속도를 제어부(102)를 통해 연산한 값인 미세 이동거리를 곱하여 합산된 패임부의 체적 값으로 부터 선로의 위험 등급을 산출하고 결함이 발견된 위치를 저장하며 결함 관련 데이터들을 외부의 컴퓨터 시스템으로 전송하여 결함탐지 이력과 통계를 조회할 수 있도록 하는 소프트웨어의 구조이다. More specifically, the speed measured by the speed measuring sensor 101 is applied to the cross-sectional area of the recess, which is a value calculated through the control unit 102, of the two-dimensional array data of the cross-section of the line surface measured by the three-dimensional shape measuring device 100. The risk grade of the line is calculated from the summed volume value of the dent by multiplying the fine movement distance, which is the value calculated through the control unit 102, the location where the defect is found is stored, and the defect-related data is transmitted to an external computer system. It is the structure of the software that allows you to inquire the detection history and statistics.

구체적으로, 도 4의 제어부(102)는 속도 측정 센서(101)의 속도 데이터(135), 3차원 형상 측정 장치(100)의 선로 단면 2차원 배열 데이터(133) 및 카메라의 2차원 이미지(134)을 입력 받을 수 있으며, 표면 기울기 연산부(136), 이동거리 연산부(139), 패임 단면적 연산부(137) 및 패임 체적 연산부(138)를 포함하는 응용프로그램(130)을 포함할 수 있으며, 선로 이상 위치(143), 선로 위험 등급(141), 이상 위치의 이미지(142) 등을 포함하는 탐지 결과(140)를 산출하여 저장 장치(131)에 저장할 수 있다. Specifically, the controller 102 of FIG. 4 controls the speed data 135 of the speed measuring sensor 101 , the line cross-section two-dimensional array data 133 of the three-dimensional shape measuring device 100 , and the two-dimensional image 134 of the camera. ), and may include an application program 130 including a surface slope calculating unit 136, a moving distance calculating unit 139, a dent cross-sectional area calculating unit 137, and a dimple volume calculating unit 138, and more than a line The detection result 140 including the location 143 , the line risk level 141 , and the image 142 of the abnormal location may be calculated and stored in the storage device 131 .

또한, 제어부(102)는 도 4에 도시되지 않은 별도의 통신부를 통해 원격 서버(132)에 탐지결과(140)를 전송할 수 있으며, 원격 서버(132)에서는 탐지 결과(140)를 분석하여 결함 이력 및 통계를 조회할 수 있다.In addition, the control unit 102 may transmit the detection result 140 to the remote server 132 through a separate communication unit not shown in FIG. 4 , and the remote server 132 analyzes the detection result 140 to determine the defect history. and statistics.

일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 5의 동작 23에서, 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로(103)의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 동작 21에서 사전 계산해 놓은 이동거리 값을 통해 최종적으로 동작 24에서 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다.In one embodiment, when it is determined that repair of the line 103 is necessary according to the determined line risk grade in operation 23 of FIG. 5 , the control unit 102 finally operates through the movement distance value calculated in advance in operation 21 24, it is possible to calculate the position of the line requiring maintenance.

예를 들어, 제어부(102)는 속도 측정 센서(101)를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 짧은 주기로 속도를 반복 측정할 수 있고, 측정한 속도에 속도 측정 시간 주기인 수십 마이크로 초를 곱하면, 이동거리는 속도와 시간의 곱, 즉

Figure 112021025469890-pat00067
이므로 매 속도 측정 시 마다 열차가 이동한 미세 이동거리를 계산할 수 있다. 이렇게 속도와 시간의 적분을 이용하여, 패임부를 발견한 시간까지 미세 이동거리들을 합산하면 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다. 제어부(102)에 내장된 상기 이동거리 연산기는, 구성 방식에 따라 속도 측정 센서 안에 포함될 수도 있다.For example, the control unit 102 may repeatedly measure the speed at a short period from the time the train starts using the speed measurement sensor 101, and multiply the measured speed by several tens of microseconds, which is the speed measurement time period, Distance traveled is the product of speed and time
Figure 112021025469890-pat00067
Therefore, the minute distance traveled by the train can be calculated for each speed measurement. Using the integration of speed and time in this way, by adding up the fine movement distances up to the time the recess is found, the position of the line requiring repair can be calculated. The movement distance calculator built into the control unit 102 may be included in the speed measuring sensor according to a configuration method.

구체적으로, 도 3은 레이저 도플러 방식을 이용한 속도 측정 센서(101)의 예를 통해 열차의 이동속도를 측정하는 방법을 도식화한 것이다. 먼저 속도를 측정하기 위해 레이저 광원 1(120) 및 레이저 광원 2(121)에 각각 출사된 2개의 레이저 광을 선로(103) 위 동일한 위치에 투사한다. Specifically, FIG. 3 schematically illustrates a method of measuring the moving speed of a train through the example of the speed measuring sensor 101 using the laser Doppler method. First, in order to measure the speed, two laser beams respectively emitted to the laser light source 1 120 and the laser light source 2 121 are projected on the same position on the line 103 .

두 개의 레이저 광이 함께 투사된 위치에 레이저 광이 교차 및 간섭되어 생성된 레이저 광 교차부(123)에서 반복적인 밝고 어두운 무늬를 포토 다이오드(122)를 통해 검출한다. 포토 다이오드가 상기 무늬를 전기신호로 변환하여 측정한 산란광의 주파수는 물체의 속도에 비례하는데 이 주파수에 발생한 간섭무늬의 간격을 곱하면 속도를 구할 수 있다.Repeated light and dark patterns are detected through the photodiode 122 in the laser beam intersection 123 generated by the intersection and interference of the two laser beams at the location where the two laser beams are projected together. The frequency of the scattered light measured by the photodiode converting the fringe into an electrical signal is proportional to the speed of the object, and the speed can be obtained by multiplying the frequency by the interval of the generated interference fringes.

종래의 열차 이동거리 측정 방식은, 열차가 선로(103)를 지나갈 때 레이저나 카메라 등으로 선로상 침목의 개수를 센 후 침목 간의 배치 간격을 곱하여 열차의 이동거리를 산출하였거나 열차의 바퀴가 회전된 숫자에 바퀴의 반경을 곱하여 이동거리를 산출하였고, 그 외에 지상으로 운행하는 열차에 한해 GPS 장치를 이용한 위치 산정 방법들이 쓰여왔다. In the conventional train moving distance measurement method, when the train passes the track 103, the number of sleepers on the track is counted with a laser or camera, etc. and then the distance between the sleepers is multiplied to calculate the travel distance of the train, The distance traveled was calculated by multiplying the number by the radius of the wheel, and other methods for estimating the location using a GPS device were used only for trains running on the ground.

본 발명에서는 열차 바퀴의 회전수나 선로 침목 개수, 또는 GPS를 매개로 하여 열차 이동거리를 산출하지 않기 때문에, 열차의 바퀴 존재여부, 열차 선로의 침목 존재여부, 열차의 실외 운행여부와 관계없이 열차의 위치를 측정할 수 있다. In the present invention, since the number of rotations of the train wheels, the number of track sleepers, or the travel distance of the train is not calculated through GPS, the train position can be measured.

일반적으로 상기와 같은 레이저 도플러 방식과 같은 속도 측정 기술을 활용할 수 있지만, 열차의 종류나 선로의 종류와 관계없이 속도를 측정할 수 있는 기술이라면 레이저 도플러 방식에 국한되지 아니하고 적용할 수 있음을 이 분야에 통상적인 지식을 가진 사람이라면 알 수 있을 것이다. In general, a speed measurement technique such as the laser Doppler method as described above can be used, but if it is a technology that can measure speed regardless of the type of train or line, it can be applied without being limited to the laser Doppler method. Anyone with ordinary knowledge in

본 발명의 속도 측정 센서(101)에 의해 열차의 이동거리를 산출하는 방법은, 하기 수학식 5와 같이 속도와 시간의 적분 값을 통해 특정 시간 t점에서의 이동거리

Figure 112021025469890-pat00068
를 산출할 수 있다. The method of calculating the moving distance of the train by the speed measuring sensor 101 of the present invention is the moving distance at a specific time point t through the integral value of speed and time as shown in Equation 5 below.
Figure 112021025469890-pat00068
can be calculated.

Figure 112021025469890-pat00069
Figure 112021025469890-pat00069

예를 들면, 5초간 이동한 열차의 위치를 산출하기 위해 매 1초 마다 반복적으로 속도를 측정했을 경우, 측정된 속도가 5m/s, 10m/s, 10m/s, 15m/s, 15m/s이었다면 5초 간 열차의 이동거리는 5*1 + 10*1 + 10*1 + 15*1 + 15*1 이므로 55m가 된다. 실제로는 속도 측정 센서(101)가 속도를 수십 마이크로 초 주기로 반복 측정하기 때문에 이동거리 오차는 아주 미세하게 된다. 따라서, 상기와 같이 열차의 속도와 측정 시간 주기의 값으로 적분하여 이동거리를 연산하는 동안, 위험 등급이 높은 패임부가 발견될 경우, 패임부의 열차 선로상 위치를 손쉽게 산출할 수 있다.For example, if the speed is repeatedly measured every 1 second to calculate the position of the train that has moved for 5 seconds, the measured speed is 5 m/s, 10 m/s, 10 m/s, 15 m/s, 15 m/s. If , the train travel distance for 5 seconds is 5*1 + 10*1 + 10*1 + 15*1 + 15*1, which is 55m. In reality, since the speed measuring sensor 101 repeatedly measures the speed at intervals of several tens of microseconds, the movement distance error becomes very small. Therefore, when a dent with a high risk level is found while calculating the moving distance by integrating with the value of the train speed and the measurement time period as described above, the position of the dent on the train track can be easily calculated.

본 발명의 일 면에 따른 선로 이상 탐지 장치에서, 선로 이상을 탐지하는 방법은, 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하는 단계; 및 상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.In the track anomaly detection apparatus according to an aspect of the present invention, a method for detecting a line anomaly includes: calculating at least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope of a recess in a track using a three-dimensional shape measuring device; determining a line hazard class of the depression based on a calculated value of at least one of the cross-sectional area, the volume, and the slope; And when it is determined that repair of the line is necessary according to the determined risk level of the line, calculating the position of the line requiring repair by integrating the speed values measured by the speed measuring sensor and using the calculated movement distance; may include; have.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계는, 레이저 도플러 방식의 속도 측정 센서를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 반복적으로 속도를 측정하는 단계; 상기 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분한 값인 이동거리를 이용하여 열차의 이동거리를 산출하는 단계; 패임부를 발견하였을 시 사전에 계산된 상기 열차의 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the calculating of the position of the line requiring maintenance may include: repeatedly measuring the speed from a time when the train departs using a laser Doppler type speed measuring sensor; calculating a moving distance of the train using a moving distance that is a value obtained by integrating the repeatedly measured speed with time; and calculating a track location requiring repair by using the previously calculated travel distance of the train when a dent is found.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진, x와 y가 한쌍으로 표현되는 2차원 포인트 배열 데이터 중 특정 x값에 대응되는 y를 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면 사이의 이격거리

Figure 112021025469890-pat00070
로 변환하는 단계; 및 상기 연산된 이격거리
Figure 112021025469890-pat00071
를 하기 수학식 6에 대입하여 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.According to various embodiments, the calculating of the cross-sectional area of the recess may include calculating y corresponding to a specific x value among the two-dimensional point array data in which x and y are expressed as a pair, obtained from the three-dimensional shape measuring device, in three dimensions. Separation distance between the shape measuring device and the track surface
Figure 112021025469890-pat00070
converting to; and the calculated separation distance.
Figure 112021025469890-pat00071
Calculating the cross-sectional area of the recess by substituting in Equation 6 below; may include.

Figure 112021025469890-pat00072
Figure 112021025469890-pat00072

여기서,

Figure 112021025469890-pat00073
는 상기에서 측정된 2차원 배열 데이터 x의 단위 값 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
Figure 112021025469890-pat00074
는 x값에 대응되는 y값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이며,
Figure 112021025469890-pat00075
은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리, 즉, 패임이 가장 적은 선로 표면과의 이격거리이다.here,
Figure 112021025469890-pat00073
is the horizontal separation distance of the line surface corresponding to the unit value 1 of the two-dimensional array data x measured above,
Figure 112021025469890-pat00074
is the distance obtained by converting the y value corresponding to the x value into the separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the surface of the line,
Figure 112021025469890-pat00075
is the minimum separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the line, that is, the separation distance between the surface of the line with the least dents.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 2차원 배열 데이터 중 하나의 포인트 x, y에서 x값에 대응되는 y값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면 사이의 이격거리

Figure 112021025469890-pat00076
로 변환하는 단계; 및 상기 연산된 이격거리
Figure 112021025469890-pat00077
를 하기 수학식 7에 대입하여 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the calculating of the cross-sectional area of the recess may include calculating a y value corresponding to an x value at one of the two-dimensional array data obtained by the three-dimensional shape measuring device by using the y value corresponding to the x value in the three-dimensional shape measuring device. and the distance between the surface of the track and the
Figure 112021025469890-pat00076
converting to; and the calculated separation distance.
Figure 112021025469890-pat00077
Calculating the cross-sectional area of the recess by substituting in Equation 7 below; may include.

Figure 112021025469890-pat00078
Figure 112021025469890-pat00078

여기서

Figure 112021025469890-pat00079
는 상기 수학식 6에서 설명한 바와 같이 x의 단위 값 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
Figure 112021025469890-pat00080
는 x값에 대응되는 y값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이며,
Figure 112021025469890-pat00081
은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리, 즉, 패임이 가장적은 선로 표면과의 이격거리이다. 또한
Figure 112021025469890-pat00082
은 정수인 x의 다음 x포인트, 즉 x+1포인트에서 대응되는 y포인트를 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이다.here
Figure 112021025469890-pat00079
is the horizontal separation distance of the line surface corresponding to the unit value 1 of x as described in Equation 6 above,
Figure 112021025469890-pat00080
is the distance obtained by converting the y value corresponding to the x value into the separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the surface of the line,
Figure 112021025469890-pat00081
is the minimum separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the line, that is, the separation distance from the surface of the line with the least dents. Also
Figure 112021025469890-pat00082
is the distance obtained by converting the y point corresponding to the next x point of the integer x, that is, the x+1 point, into the separation distance between the 3D shape measuring device and the surface of the line.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 체적을 산출하는 단계는, 상기 단계에서 산출된 패임부의 단면적과 사전에 연산해 놓은 미세 이동거리들을 하기 수학식 8에 대입하여 패임부의 체적을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.According to various embodiments, the calculating of the volume of the recess may include calculating the volume of the recess by substituting the cross-sectional area of the recess calculated in the above step and the fine movement distances calculated in advance into Equation 8 below. step; may include.

Figure 112021025469890-pat00083
Figure 112021025469890-pat00083

여기서

Figure 112021025469890-pat00084
는 열차 진행방향인 z위치에서 수학식 6, 수학식 7 또는 수학식 8을 통해 산출된 패임부의 단면적이고,
Figure 112021025469890-pat00085
는 속도 측정 센서의 측정 값으로부터 산출된 미세 이동거리이다.here
Figure 112021025469890-pat00084
is the cross-sectional area of the depression calculated through Equation 6, Equation 7 or Equation 8 at the z position, which is the train traveling direction,
Figure 112021025469890-pat00085
is the fine movement distance calculated from the measurement value of the speed sensor.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 기울기를 산출하는 단계는, 상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 이격거리를 측정하는 단계; 상기 단계에서 측정된 이격거리를 이용하여 선로 표면부를 구성하는 복수의 포인트들을 2차원 배열로 획득하는 단계; 및 상기 복수의 포인트들 중 가장 높은 높이 y값을 갖는 제1 포인트 및 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두 번째로 높은 높이 y값을 갖는 제2 포인트를 연결한 접선이 수평선과 이루는 기울기를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.According to various embodiments, the calculating of the slope of the recess may include: measuring a separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the line using the three-dimensional shape measuring device; acquiring a plurality of points constituting the track surface in a two-dimensional array using the separation distance measured in the above step; and calculating the slope formed by the tangent line connecting the first point having the highest height y value among the plurality of points and the second point having the second highest height y value not adjacent to the first point with the horizontal line step; may include.

본 발명의 일 면에 따른 선로 이상 탐지 장치는 선로에 존재하는 패임부까지의 거리를 측정하는 3차원 형상 측정 장치; 열차의 이동 속도를 측정하는 속도 측정 센서 및 상기 3차원 형상 측정 장치에서 측정한 선로와의 이격거리를 이용하여 선로의 이상 여부를 결정하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하고, 상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 위험 등급을 결정하고, 상기 결정한 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 상기 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다.A track anomaly detection apparatus according to an aspect of the present invention includes: a three-dimensional shape measuring device for measuring a distance to a recess existing in a line; Including, wherein the control unit includes; a speed measuring sensor for measuring the moving speed of the train, and a control unit for determining whether or not there is an abnormality of the track using the distance from the track measured by the three-dimensional shape measuring device; calculating at least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope of a depression existing in a track using the device, and determining a risk class of the depression based on a calculated value of at least one of the cross-sectional area, the volume, and the slope; When it is determined that repair of the line is necessary according to the determined risk level, the position of the line requiring repair may be calculated by integrating the speed values measured by the speed measuring sensor and using the calculated moving distance.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부(102)는, 레이저 도플러 방식의 상기 속도 측정 센서를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 반복적으로 속도를 측정하고, 상기 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분한 값인 이동거리를 이용하여 열차의 이동거리를 산출하고, 패임부를 발견하였을 시 상기 단계에서 계산된 열차의 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다.According to various embodiments, the controller 102 repeatedly measures the speed from the time the train departs by using the laser Doppler-type speed measuring sensor, and the movement is a value obtained by integrating the repeatedly measured speed with time. The moving distance of the train is calculated using the distance, and when a dent is found, the position of the track requiring repair can be calculated by using the moving distance of the train calculated in the above step.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 2차원 배열 데이터를 구성하는 포인트 중 선로 표면 사이의 이격거리와 관계된 y값을 통해 선로와의 이격거리를 산출하고, 상기 산출된 이격거리를 수학식 1을 대입하여 선로 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.According to various embodiments, the control unit calculates the separation distance from the line through the y value related to the separation distance between the surface of the line among points constituting the two-dimensional array data obtained by the three-dimensional shape measuring device, and the calculation By substituting the obtained separation distance into Equation 1, the cross-sectional area of the track depression can be calculated.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부(102)는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 측정된 2차원 배열 데이터를 구성하는 포인트 중 x 간격 1에 대응되는 선로 가로방향 이격거리

Figure 112021025469890-pat00086
와, y값에 대응되는 수직방향 이격거리
Figure 112021025469890-pat00087
를 상술한 수학식 1, 또는 수학식 2에 대입하여 상기 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the control unit 102 may control a horizontal distance of a line corresponding to an x interval of 1 among points constituting the two-dimensional array data measured by the three-dimensional shape measuring apparatus.
Figure 112021025469890-pat00086
and the vertical separation distance corresponding to the y value
Figure 112021025469890-pat00087
can be substituted into Equation 1 or Equation 2 described above to calculate the cross-sectional area of the recess.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.The steps of a method or algorithm described in relation to an embodiment of the present invention may be implemented directly in hardware, as a software module executed by hardware, or by a combination thereof. A software module may include random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable ROM (EPROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM), flash memory, hard disk, removable disk, CD-ROM, or It may reside in any type of computer-readable recording medium well known in the art to which the present invention pertains.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains know that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

100: 3차원 형상 측정 장치 101: 속도 측정 센서
102: 제어부 103: 선로
110: 카메라 111: 라인레이저
120: 레이저 광원 1 121: 레이저 광원 2
122: 포토 다이오드 123: 레이저 광 교차 부
130: 응용프로그램 131: 저장장치
132: 원격 서버
100: three-dimensional shape measuring device 101: speed measuring sensor
102: control unit 103: line
110: camera 111: line laser
120: laser light source 1 121: laser light source 2
122: photodiode 123: laser light intersection
130: application 131: storage device
132: remote server

Claims (10)

선로 이상 탐지 장치를 통해 선로 이상을 탐지하는 방법에 있어서,
3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계;
상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하는 단계; 및
상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함하고,
상기 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계는,
상기 패임부의 기울기를 산출할 때, 상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면부 사이의 이격거리를 측정하고, 상기 측정된 이격거리 값들을 통해 선로 표면부를 구성하는 복수의 2차원 배열 데이터로 획득하며, 상기 복수의 포인트들 중 가장 높은 높이 y 값을 갖는 제1 포인트 및 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두 번째로 높은 높이 y 값을 갖는 제2 포인트를 연결한 접선이 수평선과 이루는 기울기를 산출하는 것을 특징으로 하는 선로 이상 탐지 방법.
A method for detecting a line abnormality through a line abnormality detection device, the method comprising:
calculating at least one of a cross-sectional area, a volume, and an inclination of a dent existing in a track by using a three-dimensional shape measuring device;
determining a line hazard class of the depression based on a calculated value of at least one of the cross-sectional area, the volume, and the slope; and
When it is determined that repair of the line is necessary according to the determined risk class of the line, calculating the position of the line requiring repair by integrating the speed values measured by the speed measuring sensor and using the calculated movement distance;
Calculating at least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope of the recessed part comprises:
When calculating the inclination of the recess, the distance between the three-dimensional shape measuring device and the track surface is measured using the three-dimensional shape measuring device, and the plurality of forming the track surface using the measured distance values. A tangent line connecting the first point having the highest height y value among the plurality of points and the second point having the second highest height y value without being adjacent to the first point Line abnormality detection method, characterized in that calculating the slope formed with the horizontal line.
제1 항에 있어서, 상기 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계는,
레이저 도플러 방식의 속도 측정 센서를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 반복적으로 속도를 측정하는 단계;
상기 단계에서 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분하여 열차의 이동거리를 산출하는 단계; 및
패임부를 발견하였을 시 상기에서 산출된 열차의 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 이상 탐지 방법.
The method of claim 1, wherein the calculating of the line position requiring maintenance comprises:
Measuring the speed repeatedly from the time the train departs using the laser Doppler type speed sensor;
calculating the moving distance of the train by integrating the speed repeatedly measured in the above step with time; and
Calculating a track location requiring repair by using the moving distance of the train calculated above when a dent is found.
제1 항에 있어서, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는,
상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터에서, 가로방향 각 x 값들에 대응되는 y 값들을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 변환하는 단계; 및
상기 단계에서 산출된 이격거리 및 하기 수학식 1을 이용하여 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 이상 탐지 방법.
[수학식 1]
Figure 112021025469890-pat00088

여기서
Figure 112021025469890-pat00089
는 상기에서 측정된 2차원 데이터의 x 간격 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
Figure 112021025469890-pat00090
은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리. 즉, 패임이 가장 적은 선로 표면과의 이격거리이다.
The method of claim 1, wherein calculating the cross-sectional area of the recessed portion comprises:
converting y-values corresponding to each x-value in the horizontal direction into a separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the track surface in the two-dimensional array data of the cross-section of the track surface obtained by the three-dimensional shape measuring device; and
Calculating the cross-sectional area of the recess using the separation distance calculated in the above step and Equation 1 below.
[Equation 1]
Figure 112021025469890-pat00088

here
Figure 112021025469890-pat00089
is the horizontal separation distance of the line surface corresponding to the x interval 1 of the two-dimensional data measured above,
Figure 112021025469890-pat00090
is the minimum separation distance between the 3D shape measuring device and the line. That is, it is the separation distance from the surface of the line with the fewest dents.
제1 항에 있어서, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는,
상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터에서, 가로방향 각 x 값들에 대응되는 y 값들을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 변환하는 단계; 및
상기 단계에서 산출된 이격거리 및 하기 수학식 2를 이용하여 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 이상 탐지 방법.
[수학식 2]
Figure 112021025469890-pat00091

여기서
Figure 112021025469890-pat00092
는 상기에서 측정된 2차원 데이터의 x 간격 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
Figure 112021025469890-pat00093
은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리. 즉, 패임이 가장 적은 선로 표면과의 이격거리이다. 또한
Figure 112021025469890-pat00094
는 x 값에 대응되는 y 값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이며,
Figure 112021025469890-pat00095
은 정수로 표현되는 x의 다음 포인트, 즉 x+1 값에서 대응되는 y 값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이다.
The method of claim 1, wherein calculating the cross-sectional area of the recessed portion comprises:
converting y-values corresponding to each x-value in the horizontal direction into a separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the track surface in the two-dimensional array data of the cross-section of the track surface obtained by the three-dimensional shape measuring device; and
Calculating the cross-sectional area of the recess by using the separation distance calculated in the above step and Equation 2 below.
[Equation 2]
Figure 112021025469890-pat00091

here
Figure 112021025469890-pat00092
is the horizontal separation distance of the line surface corresponding to the x interval 1 of the two-dimensional data measured above,
Figure 112021025469890-pat00093
is the minimum separation distance between the 3D shape measuring device and the line. That is, it is the separation distance from the surface of the line with the fewest dents. Also
Figure 112021025469890-pat00094
is the distance obtained by converting the y value corresponding to the x value into the separation distance between the 3D shape measuring device and the surface of the line,
Figure 112021025469890-pat00095
is the distance obtained by converting the y value corresponding to the next point of x expressed as an integer, that is, the x+1 value, into the separation distance between the 3D shape measuring device and the surface of the line.
제1 항에 있어서, 상기 패임부의 체적을 산출하는 단계는,
상기 단계들에서 산출된 패임부의 단면적과, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값을 미세 이동거리로 환산시킨 값을 하기 수학식 3에 대입하여 패임부의 체적을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 이상 탐지 방법.
[수학식 3]
Figure 112021025469890-pat00096

여기서
Figure 112021025469890-pat00097
는 열차 진행방향인 z위치에서 수학식 1, 수학식 2 또는 수학식 3을 통해 산출된 패임부의 단면적이고,
Figure 112021025469890-pat00098
는 속도 측정 센서로 측정된 속도 값을 제어부에서 환산한 미세 이동거리이다.
The method of claim 1, wherein calculating the volume of the recessed portion comprises:
Calculating the volume of the recess by substituting the cross-sectional area of the recess calculated in the above steps and the value obtained by converting the speed value measured by the speed sensor into a fine movement distance to the following Equation 3; A method for detecting anomalies in the line.
[Equation 3]
Figure 112021025469890-pat00096

here
Figure 112021025469890-pat00097
is the cross-sectional area of the recess calculated through Equation 1, Equation 2 or Equation 3 at the z position, which is the train traveling direction,
Figure 112021025469890-pat00098
is the fine movement distance in which the speed value measured by the speed sensor is converted by the control unit.
삭제delete 선로에 존재하는 패임부까지의 이격 거리를 측정하는 3차원 형상 측정 장치; 열차의 이동 속도를 측정하는 속도 측정 센서; 및
상기 3차원 형상 측정 장치에서 측정된 이격거리를 이용하여 선로의 이상 여부를 결정하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하고,
상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하고,
상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 상기 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 측정 주기 시간으로 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하고,
상기 제어부는, 상기 패임부의 기울기를 산출할 때, 상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면부 사이의 이격거리를 측정하고, 상기 측정된 이격거리 값들을 통해 선로 표면부를 구성하는 복수의 2차원 배열 데이터로 획득하고, 상기 복수의 포인트들 중 가장 높은 높이 y 값을 갖는 제1 포인트 및 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두 번째로 높은 높이 y 값을 갖는 제2 포인트를 연결한 접선이 수평선과 이루는 기울기를 산출하는 것을 특징으로 하는 선로 이상 탐지 장치.
A three-dimensional shape measuring device for measuring the separation distance to the recess existing in the line; a speed measuring sensor that measures the moving speed of the train; and
A control unit for determining whether a line is abnormal by using the separation distance measured by the three-dimensional shape measuring device;
The control unit is
Calculating at least one of a cross-sectional area, a volume, and a slope of a dent existing in the line by using the three-dimensional shape measuring device,
determining the line risk grade of the depression based on the calculated value of at least one of the cross-sectional area, the volume, and the slope;
When it is determined that repair of the line is necessary according to the determined risk level of the line, the position of the line requiring repair is calculated by integrating the speed values measured by the speed measuring sensor with the measurement cycle time and using the calculated movement distance,
When calculating the slope of the recess, the control unit measures the separation distance between the three-dimensional shape measuring device and the track surface portion using the three-dimensional shape measuring device, and the track surface through the measured separation distance values A first point having the highest height y value among the plurality of points and a second point having the second highest height y value without being adjacent to the first point Line anomaly detection device, characterized in that calculating the slope formed by the tangent line connecting the horizontal line.
제7항에 있어서, 상기 제어부는,
레이저 도플러 방식의 상기 속도 측정 센서를 이용하여 열차 출발 시점부터 반복적으로 속도를 측정하고,
상기 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분한 값인 이동거리를 이용하여 열차의 이동거리를 산출하고,
패임부를 발견하였을 시 상기 계산된 열차 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 선로 이상 탐지 장치.
According to claim 7, wherein the control unit,
Measuring the speed repeatedly from the time of departure of the train using the speed measuring sensor of the laser Doppler method,
Calculate the moving distance of the train using the moving distance, which is a value obtained by integrating the repeatedly measured speed with time,
A track anomaly detection device, characterized in that when a dent is found, a track location requiring repair is calculated by using the calculated train travel distance.
삭제delete 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된, 선로 이상 탐지 장치를 통해 선로 이상을 탐지하는 컴퓨터 프로그램.A computer program for detecting line anomalies through a line anomaly detection device, which is stored in a medium in order to execute the method of any one of claims 1 to 5 in combination with a computer as hardware.
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