KR102512241B1 - 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템 - Google Patents

열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최선단 열차와 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차가 순차적으로 직렬로 연결되어 구성되고 서로간에 광케이블로 연결되어 운행되는 일련의 복수의 열차를 관리하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템을 개시한다. 상기 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템은 최선단 열차에서 직렬로 연결된 후단 열차들로 주기적으로 광신호를 전송하고, 후단 열차들로부터 되돌아오는 광신호를 수신하여 열차의 분리나 교체를 감지할 수 있으므로 열차의 사고 예측, 운행 정보를 효과적으로 관리할 수 있다

Description

열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템{System for Detecting Train Position and Track Leaving}
본 발명은 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 최선단 열차에서 직렬로 연결된 후단 열차들로 주기적으로 광신호를 전송하고, 후단 열차들로부터 되돌아오는 광신호를 수신하여 열차의 분리나 교체를 감지할 수 있는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 열차는 복수대의 차량을 서로 직렬로 연결하여 운행되며, 이렇게 직렬로 연결된 각각의 열차는 열차가 지나는 선로에 설치된 차축 카운터(axle counter)에 의해 감지된다. 이러한 차축 카운터는 이를 지나는 열차 바퀴를 감지하여 전기신호를 생성한다.
도 1은 일반적인 차축 카운터를 설명하는 도면이다.
도 1에 도시하듯이, 차축 카운터(1)는 한 쌍의 송신코일(1A)과 수신코일(1B)로 구성되며, 이들 코일(1A, 1B)은 열차가 지나는 선로의 레일(2A, 2B)을 사이에 두고 설치된다.
상기 송신코일(1A)과 수신코일(1B) 간에는 자기장이 형성되어 상기 수신코일(1B)에 유도전압이 발생하며, 이 유도전압은 검출회로(도시되지않음)에 의해 디코딩되어 광케이블을 통해 실내 또는 실외에 있는 연산 유니트로 실시간 전달되어 분석된다.
따라서, 열차(3)가 선로를 따라 이동하여 열차(3)의 바퀴가 상기 일조의 송신코일(1A) 및 수신코일(1B) 간을 지날 때, 일반적으로 강철 등의 강자성체 조성인 상기 바퀴로 인해 이들 코일(1A, 1B)에서 발생되는 유도전압은 위상이 역전한다(예컨대 대략 180°의 위상 변화). 그리고, 이렇게 변화된 전압값은 디코딩되어 유선 케이블로 연결된 선로변 유니트로 전달되고, 선로변 유니트에서 광케이블을 통해 실내 또는 실외에 있는 연산 유니트로 전달 및 처리되어 해당값의 변화를 판단함으로써 해당 열차(3)가 선로의 해당 지점을 지남을 탐지하게된다.
이러한 차축 카운터 시스템의 전기적 신호의 통신 및 연산처리는 예컨대 2011년에 규정된 EN/TS50238 유럽규격에 따른 표준 방식을 통해 처리되며, 일반적으로 선로의 무선전력 전송시스템을 통하여 운용된다.
그러나, 이러한 열차의 차축 카운터 방식은 선로의 레일 전 구간에 걸쳐 유선 케이블 및 광케이블을 배설해야만 하고 수많은 각 레일 지점마다 수많은 차축 카운터를 고정 배치해아하므로 투자 비용이 지나치게 많이 소요된다.
더구나 선로의 특정 지점에 배치된 차축 카운터 센서에 장애가 발생되는 경우, 해당 데이터가 리셋되어 한 동안은 열차가 어디에 위치하고 있는지를 알 수 없는 상황이 발생한다는 문제점이 있다.
예를 들어, 몽골의 광활한 평원지대에 상기 차축 카운터 시스템을 설치하는 경우, 이의 운용을 위해 수만 km에 이르는 선로의 레일 전역에 걸쳐 수많은 차축 카운터 유선 케이블을 고정배치하고 유선 및 광 케이블 등의 통신망을 배설하는데는 설치비용이 지나치게 소요되어 경제적으로 타당치않다.
또한, 실제 몽골의 타반톨고이 역과 준바얀 역 간의 무인 평원지대를 직렬 연결되어 운행하고 있는 열차의 일 예를 들면, 총 열차 수가 44편으로서 열차 길이가 대략 1km(50량)나 된다. 그런데, 화물차의 경우에는 운행과정에서 수시로 용도가 화물차로 변경되어 중간역 정차시 화물을 실어야하는 일이 많고, 따라서 중간 역들에서 화물차로 수시로 바뀌어 교체되고 운행되는 과정에서 화물차의 연결이 제대로 되지 않음으로 인해 열로부터 이탈되는 분실사태가 종종 일어난다. 이 경우, 장거리의 도착지로 이동하는 동안에는 해당 화물차의 분실이나 교체 여부를 실시간으로 모니터링할 수가 없다.
한국 등록특허번호 제10-1860417호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 최선단 열차에서 직렬로 연결된 후단 열차들로 주기적으로 광신호를 전송하고, 후단 열차들로부터 되돌아오는 광신호를 수신하여 열차의 분리나 교체를 감지할 수 있는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
위 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템은 최선단 열차와 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차가 순차적으로 직렬로 연결되어 구성되고 서로간에 광케이블로 연결되어 운행되는 일련의 복수의 열차를 관리하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템으로서, 각각의 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차는 입력단에 장착된 광커넥터 모듈을 구비하여 상기 광케이블을 통해 이웃의 열차와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 최선단 열차는 광신호를 생성하여 상기 광케이블을 통해 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차로 순차적으로 전송하는 광신호 전송 모듈과, 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차 중의 하나 이상으로부터 되돌아오는 광신호를 수신하는 광신호 수신 모듈을 포함한다. 또한, 상기 후단 열차는 광신호를 수신하여 감지하는 조도센서와, 상기 감지된 광신호를 상기 광케이블에 연결된 이웃하는 후단 열차 또는 최후단 열차로 전달하는 모듈을 포함한다. 또한, 상기 최후단 열차는 상기 후단 열차로부터 수신되는 광신호를 상기 최선단 열차측으로 그대로 반사하도록 된 광신호 반사 모듈을 포함한다. 또한, 상기 최선단 열차는 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차 중의 하나 이상으로부터 수신된 광신호를 기반으로 상기 후단 열차 및 상기 최후단 열차의 연결상태를 모니터링하고, 상기 최선단 열차는 상기 후단 열차에서 외부로부터 인가된 횡력에 의해 상기 광커넥터 모듈이 분리되면 해당 후단 열차의 광신호가 차단됨을 감지함으로써 상기 일련의 복수의 열차로부터 열차가 분리된 이벤트를 탐지한다.
또한, 선택적으로, 상기 광커넥터 모듈은 일측에 상기 광케이블에 연결된 광케이블 소켓부를 포함할 수 있고, 상기 광케이블에 연결된 고정쐐기가 상기 광케이블 소켓부에 인입되어 결합되되 인가되는 횡력에 의해 상기 광케이블 소켓부와 상기 고정쐐기가 탈부착되도록 될 수 있고, 상기 광케이블 소켓부는 입력단에서 내측으로 갈수록 폭이 좁아지고 입력단에 돌출된 스토퍼를 포함할 수 있고, 상기 고정쐐기는 단면이 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형태이고 폭이 좁은 면을 상기 광케이블 소켓부의 개구부로 횡방향으로 슬라이딩 삽입하여 결합될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 최선단 열차, 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차는 각각 서로 간에 통신하는 서버를 구비할 수 있고, 상기 최선단 열차의 서버는 상기 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차 각각의 서버로부터 수신되는 위치 정보를 수신하여 탐지하고 기정해진 위치 오차 내에 있는지 여부의 정합성을 판단할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 최선단 열차의 서버는 상기 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차 각각의 서버로부터 수신되는 위치 정보를 GPS 안테나를 통해 계산할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 광신호 반사 모듈은 상기 광케이블의 광섬유 다발의 후단에 기설정된 각도로 경사지게 배치된 렌즈를 포함하는 광신호 집광부와, 상기 광신호 집광부에서 반사 집광된 광신호를 전달받아 상기 광케이블로 전달하는 단일 광섬유를 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 최후단 열차는 상기 광커넥터 모듈에 의해 상기 광케이블로부터 광신호를 수신하면, 부가의 광신호를 생성하여 상기 광케이블로 송출하는 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 하나 이상의 후단 열차와 상기 최후단 열차는 태양광을 전기 에너지로 변환하여 전원을 생성하는 태양광 발전 패널부와, 상기 태양광 발전 패널부에서 생성된 DC 전원을 충전에 필요한 DC 전원으로 변경시켜 출력하는 충전 회로부와, 상기 충전 회로부에서 출력되는 DC 전원을 충전하는 배터리부와, 상기 배터리부를 통해 상기 조도센서와 상기 레이저 모듈의 전원을 공급하는 제어부를 포함한 단말정보 전송장치를 더 포함할 수 있다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 여러 개의 열차가 직렬로 연결되어 있는 경우에도 후단 열차들의 교체나 분실 여부를 감지하여 열차의 사고 예측, 운행 정보를 관리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 차축 카운터의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 단말정보 송수신 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 단말정보 전송장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 Term 단말장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 광커넥터 모듈의 확대한 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 구현예에 따른 단말정보 전송장치와 Term 단말장치 간의 통신 주기를 나타낸 도면이다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 복수대의 열차가 직렬로 연결되어 운행됨에 있어서 후단에 연결된 열차가 교체되거나 변경되는 위치 탐지 방법을 제공하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템은 일 구현예에서 공공 안전 및 재난 관리를 위해 일반적인 상용 휴대폰 망을 사용하는 대신에 긴급 통신에 적합한 TRS(Trunked Radio System)망을 사용하여 운용될 수 있다.
또한, 일 실시예에서 본 발명의 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템은 긴급 통신을 위한 TRS망을 사용하는 TETRA(TErrestrial Trunked Radio) 신호를 사용하고, TETRA는 TRS의 특정 방식으로 유럽통신연합의 표준 규격을 따를 수 있다.
먼저, 도 2는 본 발명의 구현예에 따른 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 구현예에 따른 단말정보 송수신 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 구현예에 따른 단말정보 전송장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 구현예에 따른 Term 단말장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 구현예에 따른 광커넥터 모듈의 확대한 모습을 나타낸 도면이다. 이들 도면을 참조하면서 이하 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템은 직렬로 연결되어 운행되는 복수대의 열차에 적용되며, 이들 열차는 최선단 열차(141)와, 이에 연결되는 1대 이상의 후단 열차(142)와, 종단에 배치되는 최후단 열차(143)로 구성된다. 그리고, 상기 최선단 열차(141)에는 일반적으로 기관실이 배치된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템(100)은 열차무선시스템(110)과, LTS 서버(121) 및 관제실(122)로 이루어진 열차 위치 정보 시스템(120)과, 신호 처리부(130), 복수의 기지국 장치(132), 그리고 상기 기지국 장치(132)와 유무선으로 연결된 복수의 열차로 구성될 수 있다.
상기 열차무선시스템(110)은 열차 무선 중앙제어장치(111)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 열차무선시스템(110)은 무선통신기술을 기반으로 하는 소신호의 무선장치들로 구성된 열차무선통신 전용 네트웍 시스템으로 구성될 수 있다. 이는 예컨대 24GHz 대역의 ISM(Industrial Scientific and Medical) 밴드를 이용하여 통신망을 구성하므로 타 장치와의 간섭이 최소화되도록 장치의 출력 전력과 허용 주파수가 제한된다.
또한, 상기 열차 무선 중앙제어장치(111)는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템의 최상위 제어장치로서, 일 실시예에서 랙에 통신 시스템 운영프로그램이 설치된 산업용 컴퓨터와 무선데이터 모뎀, 컨트롤 보드, 안테나유닛 등으로 구성될 수 있고, 모든 무선장치들의 상태파악 및 제어 그리고 네트웍 내에 진입한 모든 열차의 상태를 추적, 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 열차 무선 중앙제어장치(111)의 주요기능은 열차통신(열차추적기능, 열차전송감시, 전구간 호출, 주기호출), 열차관리(열차번호관리, 소속통신구간관리, 열차등록 및 소거, 입출고 처리), 장치제어(냉난방 제어, 조명 제어), 열차제어(열차종별, 임시속도제어, 재출발지령, 비상제동 리셋, 비상정지 제어), 열차상태정보 모니터링(각종 고장상태표시, 운전상태표시, 제동동작표시, CBTC 동작상태표시, 열차속도, 제한속도, 정위치 정지 실패, 비상정지 조작여부)를 포함할 수 있다.
또한, 열차 위치 정보 시스템(120)은 LTS(Location Tracking System) 서버(121) 및 관제실(122)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 LTS 서버(121)는 도 3의 최선단 열차(141)에 배치된 단말정보 송수신 장치(150)와, 도 4의 후단 열차(142)에 배치된 단말정보 전송장치(160)와, 도 5의 최후단 열차(143)에 배치된 Term 단말장치(180)의 실시간 위치 추적 및 관리 기능을 수행하고, 이들 각 열차와의 상태 메시지 송수신, 열차제어(비상제동 리셋, 비상정지 제어) 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 LTS 서버(121)는 각 열차로부터 수신되는 위치 정보와, 각 열차의 이동에 따른 열차 이동 정보를 기반으로 노선 정보에서의 운행 노선 및 궤도 위치 정보를 분석하여 다양한 위치 정보가 정해진 위치 오차 내에서 있는지 정합성을 계산할 수 있다.
또한, 상기 관제실(122)은 각각의 열차 위치 정보를 확인하고, 열차의 사고 예측 및 관리를 수행하고, 열차 운행 정보를 관리할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부(130)는 상기 기지국 장치(132)와 열차 위치 정보 시스템(120) 또는 기지국 장치(132)와 열차무선시스템(110) 간의 무선 신호를 송수신하기 위한 신호 경로를 설정하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 복수의 기지국 장치(132)는 복수의 열차와 열차 위치 정보 시스템(120), 열차무선시스템(110) 간의 통신 네트워크를 연결하기 위한 통신 설비이다.
또한, 본 발명에서, 직렬로 연결되어 운행되는 복수대의 열차에서 상기 최선단 열차(141)는 마스터로 설정하고, 나머지 열차들은 슬레이브로 설정할 수 있다.
즉, 상기 최선단 열차(141)는 기관실 내부에 마스터 단말장치를 설치할 수 있고, 상기 최후단 열차(143)는 Term 단말장치(180)를 설치할 수 있으며, 상기 최선단 열차(141)와 최후단 열차(143) 간에 연결되는 1대 또는 복수대의 후단 열차(142)는 단말정보 전송장치(160)를 설치할 수 있다. 그리고, 각각의 열차는 광케이블(10)로 연결될 수 있고, 각 열차의 입구측에는 광케이블(10)이 결합된 광커넥터 모듈(170)이 형성된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 최선단 열차(141)는 디스플레이 패널(151), 디스플레이 제어기(152), 제1 제어부(153), 제1 GPS 안테나(154)와 제1 RF 안테나(155)를 구비한 제1 모뎀(156), 광신호 전송 모듈(157) 및 광신호 수신 모듈(158)로 이루어진 단말정보 송수신 장치(150)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 디스플레이 패널(151)은 데이터베이스에 입력된 열차 정보를 기반으로 열차를 운행하는 기관사에게 열차의 속도 정보, 운행 정보 및 선로 정보를 표시할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 제어기(152)는 상기 디스플레이 패널(151)과 제1 제어부(153)를 연결하여 제1 제어부(153)의 제어 신호를 상기 디스플레이 패널(151)로 전달하고, 기관사의 조작 여부에 따라 전송되는 정보를 통하여 열차의 속도 정보, 운행 정보, 선로 정보, 초기 위치 및 위치 오류 정보를 상기 디스플레이 패널(151)로 전달할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어부(153)는 제1 모뎀(156)을 통해 열차무선시스템(110)과 연결하여 열차 위치 정보를 디스플레이 제어기(152)로 전송할 수 있다.
또한, 제1 모뎀(156)은 운행 열차의 위치 정보를 제1 GPS 안테나(154)를 통해 수집하여 계산하고, 계산된 위치 정보를 제1 RF 안테나(155)를 통해 열차무선시스템(110)과, 열차 위치 정보 시스템(120)으로 전송할 수 있다. 또한, 상기 제1 모뎀(156)은 자신의 운행 열차의 위치 정보를 계산하거나, 상기 후단 열차(142)와 최후단 열차(143)로부터 위치 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 최선단 열차(141)는 주기적으로 후단 열차들(제1 후단 열차, 제2 후단 열차, .... 및 제n 후단 열차)(142)로 광신호를 생성하여 전송하는 광신호 전송 모듈(157)을 형성하고, 후단 열차들(142)로부터 되돌아오는 광신호를 수신하는 광신호 수신 모듈(158)을 구성할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 후단 열차(142)는 조도센서(161), 레이저 모듈(162), 제2 모뎀(163), 제2 GPS 안테나(164A), 제2 RF 안테나(164B), 태양광 발전 패널부(165), 배터리부(166), 충전 회로부(167), 제2 제어부(168), 제2 광신호 전송 모듈(169)로 이루어진 단말정보 전송장치(160)를 포함하도록 구성될 수 있다.
각각의 상기 후단 열차(142)와 최후단 열차(143)는 입력단에 광커넥터 모듈(170)을 장착하여 광케이블(10)을 통해 이웃한 열차와 전기적으로 연결된다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에서 상기 광커넥터 모듈(170)은 일측에 광케이블(10)에 연결된 광케이블 소켓부(171)가 형성되고, 광케이블(10)에 연결된 고정쐐기(173)가 광케이블 소켓부(171)에 인입되어 결합될 수 있다. 상기 광커넥터 모듈(170)은 이러한 구조에 한정하지 않고 공지된 통상의 광커넥터로 될 수 있으며 일 예로서 공지의 RJ45 커넥터로 될 수 있다.
또한, 상기 광케이블 소켓부(171)는 예컨대 플라스틱 재질로 형성되어 입력단에서 내측으로 갈수록 폭이 좁아지고, 입력단에 예컨대 고무 재질의 스토퍼(172)를 돌출하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 고정쐐기(173)는 외부의 열차의 광케이블(10)의 끝단에 결합되고, 단면이 삼각형 형태로 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형태로 구성될 수 있고, 폭이 좁은 면을 광케이블 소켓부(171)의 개구부로 횡방향으로 슬라이딩 삽입하여 결합될 수 있다.
또한, 상기 광커넥터 모듈(170)은 광케이블(10)에 일정 장력이 가해지면 상기 광케이블 소켓부(171)와 고정쐐기(173)가 분리됨으로써 해당 후단 열차(142)의 광커넥터 연결이 차단된다. 이러한 상기 광커넥터 모듈(170)은 횡력에 의해 광케이블 소켓부(171)와 고정쐐기(173)가 탈부착되는 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 단말정보 전송장치(160)의 표면에는 태양광을 전기 에너지로 변환하여 전원을 생성하는 태양광 발전 패널부(165)를 배치할 수 있고 이로써 예컨대 운행하면서 주간에 발전이 가능하다.
그리고, 상기 제2 제어부(168)는 배터리부(166)에 연결되어 태양광 발전 패널부(165)에서 생성된 전원을 충전에 필요한 전원으로 사용할 수 있다. 이를 위해, 상기 태양광 발전 패널부(165)는 전선으로 충전 회로부(167)를 통해 배터리부(166)에 전기적으로 연결되며, 상기 배터리부(166)는 태양광 발전 패널부(165)에 전기적으로 연결되어 전원을 충전한다. 일 실시예에서 상기 배터리부(166)는 다수개의 셀로 구성될 수 있고, 충전 회로부(167)에서 출력되는 DC 전원을 충전할 수 있다.
또한, 상기 충전 회로부(167)는 상기 제2 제어부(168)의 제어에 따라 태양광 발전 패널부(165)에서 생성된 DC 전원을 충전에 필요한 DC 전원으로 변경시켜 출력하는 기능을 수행한다. 상기 충전 회로부(167)는 배터리부(166)의 충방전시 과충전 및 과방전을 막아주며 셀(cell)간의 전압을 균일하게 하여줌으로써 에너지 효율 및 배터리부(166)의 수명을 높여주는 등의 BMS 제어를 수행하도록 구현될 수 있다. 또한, 상기 충전 회로부(167)는 태양광 발전 패널부(165)에서 생성된 DC 전원을 충전에 필요한 DC 전원으로 변경시켜 출력한다.
또한, 상기 제2 제어부(168)는 상기 배터리부(166)를 통해 조도센서(161), 레이저 모듈(162), 제2 모뎀(163), 제2 GPS 안테나(164A), 제2 RF 안테나(164B)의 전원을 공급한다.
또한, 상기 조도센서(161)는 광커넥터 모듈(170)을 통해 광신호를 수신하여 감지할 수 있고, 상기 제2 제어부(168)는 조도센서(161)에 의해 감지된 광신호를 레이저 모듈(162)로 전송한다. 그리고, 상기 레이저 모듈(162)은 광신호를 레이저 신호에 실어서 광케이블(10)로 연결된 이웃의 열차로 전송한다.
또한, 상기 제2 모뎀(163)은 후단 열차(142)의 위치 정보를 제2 GPS 안테나(164A)를 통해 수집하여 계산할 수 있고, 계산된 위치 정보를 제1 RF 안테나(155)를 통해 최선단 열차(141), 열차무선시스템(110)과, 열차 위치 정보 시스템(120)으로 주기적으로 전송할 수 있다.
그리고, 제2 제어부(168)는 횡력에 의해 광케이블 소켓부(171)와 고정쐐기(173)가 분리되는 경우, 광신호를 생성하여 최선단 열차(141) 쪽의 광케이블(10)로 전송하는 제2 광신호 전송 모듈(169)을 더 포함할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 최후단 열차(143)는 복수의 열차 중 최종단에 연결된 열차이고, 광신호 반사 모듈(181), 제2 모뎀(163), 제2 GPS 안테나(164A), 제2 RF 안테나(164B), 태양광 발전 패널부(165), 배터리부(166), 충전 회로부(167), 제2 제어부(168), I/O 모듈(184)로 이루어진 Term 단말장치(180)를 포함할 수 있다.
상기 Term 단말장치(180)는 전술한 단말정보 전송장치(160)의 구성요소와 동일하게 구성될 수 있다.
그리고, 상기 최후단 열차(143)는 입력단에 광커넥터 모듈(170)을 장착하여 광케이블(10)을 통해 이웃의 후단 열차(142)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 전술했듯이, 상기 최후단 열차(143)에서, 도 6의 상기 광커넥터 모듈(170)은 일측에 광케이블(10)에 연결된 광케이블 소켓부(171)가 형성되고, 광케이블(10)에 연결된 고정쐐기(173)가 광케이블 소켓부(171)에 인입되어 결합된다.
또한, 상기 최후단 열차(143)에서 광신호 반사 모듈(181)은 상기 광커넥터 모듈(170)에 의해 광케이블(10)에서 수신되는 광신호를 반사 집광하는 광신호 집광부 및 단일 광섬유를 포함할 수 있다.
상기 광신호 집광부는 광케이블(10)의 광섬유 다발의 후단에 기설정된 각도로 경사지게 배치되어 예컨대 특수 코팅된 오목 렌즈를 포함할 수 있고, 이러한 렌즈에서 반사 집광된 광신호는 단일의 광섬유로 전달된다. 그리고, 상기 광섬유는 광케이블(10)에 연결되고, 오목 렌즈에 의해 반사 집광된 광신호를 수신하여 광케이블(10)로 전달한다.
본 발명의 일 실시예에서, 이러한 최후단 열차(143)의 광신호 반사 모듈(181)은 광케이블(10)로부터 수신되는 광신호를 최선단 열차(141) 쪽으로 그대로 반사하는 기능을 수행한다.
또는, 이를 대체하는 다른 실시예로서, 최후단 열차(143)에서 제2 제어부(168)는 광커넥터 모듈(170)에 의해 광케이블(10)에서 광신호를 수신하면, 제3 광신호 전송 모듈(미도시)을 제어하여 광신호를 생성하여 광케이블(10)로 송출할 수 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 구현예에 따른 단말정보 전송장치와 Term 단말장치 간의 통신 주기를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 최선단 열차(141)의 단말정보 전송장치(160)와 최후단 열차(143)의 Term 단말장치(180) 간의 통신 주기는 다음과 같이 구성될 수 있고, 단말정보 전송장치(160)의 설정에 따라 정의될 수 있다:
(i) 단말정보 전송장치(160)는 Poll과 Ping 데이터를 포함한 제어 신호를 생성하여 제1 RF 안테나(155)를 통해 Term 단말장치(180)로 전송한다;
(ii) Term 단말장치(180)는 I/O 모듈(184)를 통해 단말정보 전송장치(160)로부터 제어 신호를 수신하는 경우, IFS(Inter Frame Space) 동안 ACK 신호(Ping)를 생성하여 제2 RF 안테나(164B)를 통해 단말정보 전송장치(160)로 전송한다;
(iii) 단말정보 전송장치(160)와 Term 단말장치(180) 간의 통신은 단말정보 전송장치(160)의 장애로 Term 단말장치(180)가 Poll을 받지 못하면, 리셋(Reset)되고, Term 단말장치(180)의 장애로 단말정보 전송장치(160)가 Ping 응답을 받지 못하면 리셋된다.
위와 같이, 본 발명의 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템에 따라, 서로 직렬로 연결되어 운행되는 최선단 열차(141)와 이에 연결되는 1대 이상의 후단 열차(142) 및 최종단에 배치된 최후단 열차(143)에 있어서, 상기 최선단 열차(141)의 제1 제어부(153)는 분실되거나 교체된 후단 열차(142)의 정보를 수신하여 열차무선시스템(110)과, 열차 위치 정보 시스템(120)으로 주기적으로 또는 실시간으로 전송함으로써 모니터링한다.
이로써, 본 발명은 복수대의 열차가 직렬로 연결되어 운행됨에 있어서 후단 열차(들)의 교체나 분실 여부를 감지하여 열차의 사고 예측, 운행 정보를 주기적으로 또는 실시간으로 관리할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 차축 카운터 1A: 송신코일
1B: 수신코일 2A: 선로의 레일
2B: 선로의 레일 3: 열차
100: 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템 110: 열차무선시스템
111: 열차 무선 중앙제어장치 120: 열차 위치 정보 시스템
121: LTS 서버 122: 관제실
130: 신호 처리부 132: 기지국 장치
140: 열차 141: 최선단 열차
142: 후단 열차 143: 최후단 열차
150: 단말정보 송수신 장치 151: 디스플레이 패널
152: 디스플레이 제어기 153: 제1 제어부
154: 제1 GPS 안테나 155: 제1 RF 안테나
156: 제1 모뎀 157: 광신호 전송 모듈
158: 광신호 수신 모듈 160: 단말 정보 전송 장치
161: 조도센서 162: 레이저 모듈
163: 제2 모뎀 164A: 제2 GPS 안테나
164B: 제2 RF 안테나 165: 태양광 발전 패널부
166: 배터리부 167: 충전 회로부
168: 제2 제어부 169: 제2 광신호 전송 모듈
170: 광커넥터 모듈 171: 광케이블 소켓부
172: 스토퍼 173: 고정쐐기
180: Term 단말장치 181: 광신호 반사 모듈
184: I/O 모듈

Claims (7)

  1. 최선단 열차와 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차가 순차적으로 직렬로 연결되어 구성되고 서로 간에 광케이블로 연결되어 운행되는 일련의 복수의 열차를 관리하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템에 있어서,
    각각의 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차는 입력단에 장착된 광커넥터 모듈을 구비하여 상기 광케이블을 통해 이웃의 열차와 전기적으로 연결되고,
    상기 최선단 열차는 광신호를 생성하여 상기 광케이블을 통해 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차로 순차적으로 전송하는 광신호 전송 모듈과, 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차 중의 하나 이상으로부터 되돌아오는 광신호를 수신하는 광신호 수신 모듈을 포함하고,
    상기 후단 열차는 광신호를 수신하여 감지하는 조도센서와, 상기 감지된 광신호를 상기 광케이블에 연결된 이웃하는 후단 열차 또는 최후단 열차로 전달하는 모듈을 포함하고,
    상기 최후단 열차는 상기 후단 열차로부터 수신되는 광신호를 상기 최선단 열차측으로 그대로 반사하도록 된 광신호 반사 모듈을 포함하고,
    상기 최선단 열차는 상기 하나 이상의 후단 열차 및 상기 최후단 열차 중의 하나 이상으로부터 상기 광케이블을 통해 수신되는 광신호를 기반으로 상기 후단 열차 및 상기 최후단 열차의 연결상태를 모니터링하고, 상기 최선단 열차는 상기 후단 열차에서 외부로부터 인가된 횡력에 의해 상기 광커넥터 모듈이 분리되면 해당 후단 열차의 광신호가 차단됨을 감지함으로써 상기 일련의 복수의 열차로부터 열차가 분리된 이벤트를 탐지하는 것을
    특징으로 하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광커넥터 모듈은 일측에 상기 광케이블에 연결된 광케이블 소켓부를 포함하고, 상기 광케이블에 연결된 고정쐐기가 상기 광케이블 소켓부에 인입되어 결합되되 인가되는 횡력에 의해 상기 광케이블 소켓부와 상기 고정쐐기가 탈부착되도록 되고,
    상기 광케이블 소켓부는 입력단에서 내측으로 갈수록 폭이 좁아지고 입력단에 돌출된 스토퍼를 포함하고,
    상기 고정쐐기는 단면이 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형태이고, 폭이 좁은 면을 상기 광케이블 소켓부의 개구부로 횡방향으로 슬라이딩 삽입하여 결합되는 것을 특징으로 하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 최선단 열차, 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차는 각각 서로 간에 통신하는 서버를 구비하고, 상기 최선단 열차의 서버는 상기 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차 각각의 서버로부터 수신되는 위치 정보를 수신하여 탐지하고 기정해진 위치 오차 내에 있는지 여부의 정합성을 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최선단 열차의 서버는 상기 하나 이상의 후단 열차 및 최후단 열차 각각의 서버로부터 수신되는 위치 정보를 GPS 안테나를 통해 계산하는 것을 특징으로 하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광신호 반사 모듈은
    상기 광케이블의 광섬유 다발의 후단에 기설정된 각도로 경사지게 배치된 렌즈를 포함하는 광신호 집광부; 및
    상기 광신호 집광부에서 반사 집광된 광신호를 전달받아 상기 광케이블로 전달하는 단일 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 최후단 열차는 상기 광커넥터 모듈에 의해 상기 광케이블로부터 광신호를 수신하면, 부가의 광신호를 생성하여 상기 광케이블로 송출하는 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 후단 열차와 상기 최후단 열차는, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전 패널부와, 상기 태양광 발전 패널부의 출력을 DC 전력으로 변경하는 충전 회로부와, 상기 DC 전력을 충전하는 배터리부를 포함하여 전원을 충전하는 것을 특징으로 하는 열차 위치 및 궤도 이탈 탐지 시스템.
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