KR102524993B1 - 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템 - Google Patents

선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템에 관한 것이다. 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템은 선로 상태의 감지가 가능하도록 선로에 설치된 선로 상태 탐지 모듈(12); 선로 상태 탐지 모듈(12)에 의하여 탐지된 정보가 전송되는 관리 서버(11); 관리 서버(11)에 설치되고, 작업자에게 선로 상태 탐지 모듈(12)로부터 전송된 감지 정보에 의하여 분석된 이상 상태를 작업자에 전송하는 센서 관리 모듈(14); 및 선로 상태에 대한 정보가 저장되고, 작업자가 접속하여 상태 정보 및 작업 상태의 모니터링이 가능한 선로 관리 모듈(15)을 포함하고, 선로 상태 탐지 모듈(12)은 선로에서 발생되는 진동을 탐지하여 열차의 운행 위치를 탐지하여 작업자에게 직접 또는 관리 서버(11)를 통하여 작업자에게 전송 가능하다.

Description

선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템{A System for Detecting a Rail Condition and Analysing an Abnormal State}
본 발명은 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 선로에 설치된 센서로부터 전송된 탐지 정보에 기초하여 선로 상태를 감지하여 이상 유무를 분석하고, 분석 결과를 유지 및 보수를 위한 작업자에게 전송하면서 센서로부터 열차를 탐지하여 작업에 따른 위험이 방지되도록 하는 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템에 관한 것이다.
열차 선로를 따라 운행하는 철도 차량의 운행은 미리 정해진 계획에 따라 진행되지만 실제로 열차의 운행 과정에서 정해진 위치에 도달하는 시각에 대한 오차가 발생될 수 있다. 열차 운행 상황 및 열차 운행 상태는 다양한 방법으로 확인될 수 있지만 실제 현장에 전달되기 어렵다. 예를 들어 선로에서 보수 작업 또는 이와 유사한 선로 관련 작업이 이루어지는 경우 선로를 따라 작업 현장으로 열차가 접근하는 경우 이를 미리 탐지하고 그에 따른 적절한 조치가 취해지도록 할 필요가 있다. 이와 같은 작업자의 보호 또는 열차 사고의 방지를 위한 기술이 이 분야에 공지되어 있다. 특허공개번호 10-2010-0044339는 철도 선로변에서 작업 중인 작업자의 안전을 도모하기 위한 시스템 및 방법에 대하여 개시한다. 또한 특허등록번호 10-2145481은 작업자의 선로 내 유지 보수 작업 수행 중 철도 차량 접근시 이를 명확하게 감지하고, 열차가 선로에 진입이 확실하다고 판단되면 작업자 용이하게 인지 가능하도록 발광경보 또는 경보음 등을 발생시켜 안정사고 발생 가능성을 미연에 방지하도록 하는 선로작업자용 안전경보시스템에 대하여 개시한다. 다양한 환경에서 철도 차량의 접근을 정확히 탐지하고, 이에 따른 조치를 취하기 위하여 간단하게 설치될 수 있으면서 철도 차량의 접근을 실시간으로 감시할 수 있는 시스템이 만들어질 필요가 있다. 또한 탐지 센서에 의하여 선로의 상태를 감지하여 분석하고, 분석 결과를 작업자에게 전송하여 유지 보수 작업이 효율적으로 이루어지도록 하는 기술이 만들어질 필요가 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 시스템에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술1: 특허공개번호 10-2010-0044339(한국철도기술연구원, 2010.04.30. 공개) 철도 선로변 작업자 안전을 위한 위험 감지 시스템 및 위험감지 방법 선행기술2: 특허등록번호 10-2145481(주식회사 솔트, 2020.08.19. 공고) 열차 감지를 통한 선로 안전지원시스템
본 발명의 목적은 선로에 설치된 센서로부터 전송된 탐지 정보에 기초하여 선로 상태를 감지하여 이상 유무를 분석하고, 분석 결과를 유지 및 보수를 위한 작업자에게 전송하면서 센서로부터 열차를 탐지하여 작업에 따른 위험이 방지되도록 하는 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템은 선로 상태의 감지가 가능하도록 선로에 설치된 선로 상태 탐지 모듈; 선로 상태 탐지 모듈(12)에 의하여 탐지된 정보가 전송되는 관리 서버; 관리 서버에 설치되고, 작업자에게 선로 상태 탐지 모듈로부터 전송된 감지 정보에 의하여 분석된 이상 상태를 작업자에 전송하는 센서 관리 모듈; 및 선로 상태에 대한 정보가 저장되고, 작업자가 접속하여 상태 정보 및 작업 상태의 모니터링이 가능한 선로 관리 모듈을 포함하고, 선로 상태 탐지 모듈은 선로에서 발생되는 진동을 탐지하여 열차의 운행 위치를 탐지하여 작업자에게 직접 또는 관리 서버를 통하여 작업자에게 전송 가능하다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 선로 상태 탐지 모듈은 선로의 진동의 탐지를 위하여 선로에 분리 가능하도록 설치되는 진동 센서 모듈을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 선로상태 감지 및 이상 유무 분석 방법은 선로 상태의 탐지를 위한 탐지 모듈이 선로에 설치되는 단계; 탐지 모듈로부터 선로의 상태 데이터가 수집되는 단계; 상태 데이터를 분석하여 이상 상태를 검출하는 단계; 선로의 이상 상태를 서버에 저장하고 작업자에게 전송되는 단계; 및 작업자가 서버에 접속하여 전송된 이상 상태를 모니터링을 하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템은 선로의 결손, 변형 또는 이와 유사한 이상 상태를 선로에 설치된 센서로부터 전송된 정보에 의하여 분석되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 분석 시스템은 작업자가 서버에 접속하여 센서로부터 서버에 전송된 데이터를 모니터링을 하여 유지 보수 작업의 실효성이 확보되도록 한다. 본 발명에 따른 시스템은 철도 차량의 운행 과정에서 발생하여 선로를 따라 전달되는 진동을 탐지하여 열차의 운행 위치가 실시간으로 정확하게 판단될 수 있도록 한다. 선로에서 철도 차량의 위치 및 상태에 따라 선로에서 작업하는 작업자에게 위험을 경보할 수 있고 이에 의하여 사고 발생이 방지되도록 한다. 본 발명에 따른 시스템은 진동 탐지 모듈이 선로에 분리 가능하도록 간단하게 설치될 수 있고, 이에 의하여 필요에 따라 다양한 위치에 설치되어 위험 예방이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 시스템은 다양한 상황에 적용되어 철도 차량의 접근에 따른 위험을 탐지하고 그에 따른 경보 신호를 발생시켜 위험 예방을 할 수 있고 적용 환경에 의하여 제한되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템에 진동 탐지 모듈 및 그에 따른 위치 탐지 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 은 본 발명에 따른 시스템에서 위치 탐지 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 시스템에 의한 상태 감지 및 분석 과정이 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 작동 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템은 선로 상태의 감지가 가능하도록 선로에 설치된 선로 상태 탐지 모듈(12); 선로 상태 탐지 모듈(12)에 의하여 탐지된 정보가 전송되는 관리 서버(11); 관리 서버(11)에 설치되고, 작업자에게 선로 상태 탐지 모듈(12)로부터 전송된 감지 정보에 의하여 분석된 이상 상태를 작업자에 전송하는 센서 관리 모듈(14); 및 선로 상태에 대한 정보가 저장되고, 작업자가 접속하여 상태 정보 및 작업 상태의 모니터링이 가능한 선로 관리 모듈(15)을 포함하고, 선로 상태 탐지 모듈(12)은 선로에서 발생되는 진동을 탐지하여 열차의 운행 위치를 탐지하여 작업자에게 직접 또는 관리 서버(11)를 통하여 작업자에게 전송 가능하다.
선로 상태 탐지 모듈(12)은 예를 들어 선로에 분리 가능하도록 설치되는 진동 센서를 포함하고, 열차 운행 또는 다른 원인으로 인하여 발생되는 선로의 진동을 감지하여 관리 서버(11)로 전송할 수 있다. 관리 서버(11)는 전송된 감지 정보를 분석하여 선로의 결손, 변형 또는 이와 유사한 선로의 이상 상태를 분석하여 유지 보수를 위한 작업자 모듈(13)에 전송할 수 있다. 또한 선로 상태 탐지 모듈(12)은 선로에서 발생되어 감지되는 정보로부터 열차의 접근 여부를 탐지할 수 있다. 그리고 감지 정보를 관리 서버(11)를 통하여 또는 직접 작업자 모듈(13)로 전송할 수 있다. 작업자 모듈(13)은 작업자 또는 작업자가 휴대하면서 관리 서버(11)에 접속 가능한 다양한 형태의 전자기기를 포함한다. 작업자 모듈(13)은 선로 관리 모듈(15)에 접속하여 유지 보수 작업이 필요한 부분 또는 열차의 운행 상황을 모니터링을 할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 열차(T)가 선로(R1, R2)를 따라 운행되는 경우 선로(R1, R2)에서 진동이 발생될 수 있고, 예를 들어 진동 센서 모듈과 같은 선로 상태 탐지 모듈(12)에 의하여 선로(R1, R2)에 발생되는 진동이 탐지될 수 있다. 선로의 진동은 다양한 원인에 의하여 발생될 수 있고, 열차(T)의 운행에 따른 진동은 일정한 주파수 형태를 가질 수 있다. 또한 열차(T)가 운행 방향(VD)을 따라 이동되면서 진동 주파수가 변할 수 있다. 진동 센서 모듈은 분리 가능하도록 선로(R1, R2)에 설치될 수 있고, 선로(R1, R2)의 다양한 위치에 설치될 수 있다. 진동 탐지는 웨이크 업(wake up) 방식으로 작동될 수 있고, 다양한 형태의 진동에 의하여 진동 센서 모듈을 작동시키는 작동 개시 유닛(W)이 진동 센서 모듈과 함께 또는 진동 센서 모듈과 분리되어 설치될 수 있다. 작동 개시 유닛(W)에 의하여 다양한 형태의 진동이 탐지되면 진동 센서 모듈이 작동되어 진동이 탐지되고, 탐지된 진동의 주파수가 주파수 분석 유닛(141)에 의하여 분석될 수 있다. 주파수 분석 유닛(141)은 발생된 진동이 열차(T)의 운행에 따른 진동에 해당하는지 또는 다른 원인으로 인한 것인지 여부가 탐지될 수 있다. 또한 주파수 분석 유닛(141)은 분석된 주파수에 기초하여 선로 상태 감지 유닛(151)에 의하여 선로(R1, R2)의 이상 상태를 분석할 수 있고, 예를 들어 선로(R1, R2)의 절손, 손상, 변형 또는 이와 유사한 선로의 이상 상태를 분석할 수 있다. 그리고 감지된 선로(R1, R2)의 상태가 저장될 수 있다. 또한 선로(R1, R2)의 이상 상태가 작업자 모듈(13)로 전송되어 유지 또는 보수 작업이 이루어지도록 할 수 있다. 작업자 모듈(13)은 또한 서버에 접속하여 선로 상태 감지 유닛(151)에 전송하여 선로(R1, R2)의 이상 상태를 확인하고, 선로(R1, R2)에서 감지 센서가 설치된 위치를 확인할 수 있다. 열차(T)의 운행으로 인하여 선로(R1, R2)에서 발생되는 진동이 실시간으로 탐지되어 분석될 수 있다. 진동 탐지 과정에서 열차(T)의 운행이 탐지되고, 이와 함께 작업 영역에서 작업이 이루어지고 있다면, 위험 탐지 유닛(16)은 작업자 모듈(13)에 열차(T)가 접근하고 있다는 것을 알릴 수 있다. 열차(T)의 접근 정보는 운행 방향(VD)과 이동 속도 정보를 포함할 수 있고, 레이저 측정기, 초음파 측정기 또는 이와 유사한 속도 측정기(V)가 진동 센서 모듈과 함께 또는 진동 센서 모듈과 독립적으로 설치될 수 있다. 경보 신호는 예를 들어 위험 경고 방송, 작업자의 이어폰, 작업자의 헬멧, 스마트폰과 같은 전자기기 또는 위험 표시 발광 수단을 통하여 전달될 수 있다. 다양한 방법으로 위험 신호가 전송될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템에 진동 탐지 모듈 및 그에 따른 위치 탐지 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 진동의 탐지를 위하여 진동 센서 모듈(20)이 선로에 분리 가능하도록 설치될 수 있다. 진동 센서 모듈(20)은 탐지 몸체(21); 탐지 몸체(21)의 내부에 배치된 예를 들어 3축 가속도 센서와 같은 진동 센서(22); 진동 센서에서 탐지된 정보를 전송하는 전송 케이블이 연결되는 커넥터(23); 탐지 몸체(21)를 선로에 부착시키는 부착 유닛(24); 및 탐지 몸체(21)를 정해진 위치에 고정시키는 적어도 하나의 앵커 유닛(25_1 내지 25_K)을 포함할 수 있다. 탐지 몸체(21)의 내부에 진동 센서(22) 및 진동 센서(22)의 작동을 제어하면서 탐지된 진동 데이터를 처리하는 프로세서를 포함하는 전자 칩이 배치될 수 있다. 부착 유닛(24)은 예를 들어 자성체 또는 체결 볼트와 같은 것이 될 수 있고, 부착 유닛(24)에 의하여 진동 센서 모듈(20)이 선로에 분리 가능하도록 부착될 수 있다. 부착 유닛(24)에 적어도 하나의 앵커 유닛(25_1 내지 25_K)이 결합되어 진동 센서 모듈(20)이 지면에 부착될 수 있다. 부착 수단(24)에 접촉 탐지 패드(26)가 설치될 수 있고, 접촉 탐지 패드(26)에 의하여 진동 센서 모듈(20)의 선로에 대한 부착 상태가 확인될 수 있다. 만약 진동 센서 모듈(20)이 선로에 정해진 압력으로 부착되지 않았다면 접촉 탐지 패드(26)에 의하여 탐지되어 관리 서버로 전송될 수 있다. 3축 가속도 센서와 같은 진동 센서(22)에 의하여 진동이 탐지되면(P21), 처리 가능한 전기 신호로 변화될 수 있고, 잡음이 제거될 수 있다(P22). 잡음이 제거된 탐지 신호가 증폭이 될 수 있고(P23), 증폭된 신호로부터 진동 주파수의 패턴이 분석될 수 있다(P24). 그리고 분석된 주파수 패턴에 기초하여 열차의 위치가 탐지될 수 있다(P25). 아래에서 이와 같은 과정에 대하여 구체적으로 설명된다.
도 3은 은 본 발명에 따른 시스템에서 위치 탐지 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 작업 영역(W)을 기준으로 선로(R)에서 진동 센서 모듈(20_1, 20_2, 20_3)이 설치될 탐지 위치(DP)가 결정될 수 있다. 탐지 위치에 적어도 하나의 진동 센서 모듈(20_1, 20_2, 20_3)이 설치될 수 있고, 열차(T)가 선로(R)를 따라 작업 영역(W)으로 접근하면 진동 센서 모듈(20_1, 20_2, 20_3)에 의하여 탐지될 수 있다. 탐지 정보가 분석/경보 시스템(30)으로 전송될 수 있다. 선택적으로 속도 탐지 또는 상태 탐지를 위한 상태 탐지 수단(15)이 배치되어 진동 센서 모듈(20_1, 20_2, 20_3)과 함께 또는 독립적으로 작동될 수 있다. 분석/경보 시스템(30)은 진동 센서 모듈(20_1, 20_2, 20_3)로부터 전송된 정보에 기초하여 열차(T)의 접근 여부를 판단하여 경보를 발생시킬 수 있다. 위와 같은 과정에서 분석/경보 시스템(30)은 감지 정보를 관리 서버(11)로 전송할 수 있고, 전송되는 감지 정보는 선로(R)의 이상 상태 또는 열차의 운행 정보를 포함할 수 있다. 또한 작업자가 관리 서버(11)에 접속하여 감지 정보 또는 운행 정보를 모니터링을 할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 시스템에 의한 상태 감지 및 분석 과정이 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b를 탐조하면, 열차의 운행에 따라 다양한 형태의 진동이 발생될 수 있고, 발생된 진동 정보를 분석하여 선로(R)의 상태가 분석될 수 있다. 서로 다른 속도로 운행되는 열차로부터 선로에 발생되는 다양한 진동 주파수를 분석하여 선로의 절손, 손상, 변형 또는 이와 유사한 이상 상태가 감지될 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 선로의 이상 상태가 감지되면 이를 작업자 모듈로 전송할 수 있다. 그리고 작업자 모듈에 의하여 선로의 이상 상태가 확인될 수 있다. 또한 작업 과정에서 위험 상황의 발생이 탐지되어 위험이 예방될 수 있다. 열차가 정해진 선로 위치(TP)에 도달하면, 탐지 위치(DP)에서 열차의 운행 방향(MD)에 따른 접근으로 인하여 선로에서 발생되는 진동이 탐지될 수 있다. 탐지 거리(DL)는 열차의 종류, 선로의 상태, 진동 센서의 민감도 또는 환경 조건에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 진동 센서에 의하여 진동 주파수(DF)가 획득될 수 있고, 진동 주파수(DF)가 분석되어 열차의 접근에 따른 특성 주파수(AF)가 획득될 수 있다. 다양한 형태의 진동 주파수(DF)가 획득될 수 있고, 분석을 위한 기준 데이터가 미리 만들어질 필요가 있다.
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 작동 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 선로상태 감지 및 이상 유무의 분석 방법 선로 상태의 탐지를 위한 탐지 모듈이 선로에 설치되는 단계(P51); 탐지 모듈로부터 선로의 상태 데이터가 수집되는 단계(P52); 상태 데이터를 분석하여 이상 상태를 검출하는 단계(P53); 선로의 이상 상태를 서버에 저장하고 작업자에게 전송되는 단계(P54); 및 작업자가 서버에 접속하여 전송된 이상 상태를 모니터링을 하는 단계(P55)를 포함한다.
예를 들어 진동 센서 모듈과 선로 상태 감지 모듈이 분리 가능하도록 선로의 미리 결정된 위치에 설치될 수 있다(P51). 열차의 운해에 따라 발생되는 진동으로부터 선로 상태 데이터가 수집될 수 있고(P52), 수집된 선로 상태 데이터를 분석하여 예를 들어 절손, 변형, 손상 또는 이와 유사한 이상 상태가 검출될 수 있다(P53). 이와 같은 선로에서 발생된 이상 상태가 작업자에게 전송될 수 있고(P54), 또한 서버에 저장될 수 있다. 작업자는 서버에 접속하여 전송된 감지 정보를 확인하여 작업 상황을 모니터링을 할 수 있다(P55). 선로에 관한 유지 또는 보수와 같은 작업이 이루어지는 경우 작업 위치가 서버에 저장될 수 있고(P56), 열차의 접근 여부가 확인될 수 있다(P57). 작업 과정에서 열차가 접근되지 않는다면(NO), 작업 상태가 유지될 수 있다. 이에 비하여 열차가 작업 위치로 접근되는 경우(YES), 경보 시스템이 작동될 수 있다(P58). 다양한 방법으로 작업자에게 위험 신호가 전송될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 관리 서버 12: 선로 상태 탐지 모듈
13: 작업자 모듈 14: 센서 관리 모듈
15: 선로 관리 모듈 16: 위험 탐지 유닛
20: 진동 센서 모듈 21: 탐지 몸체
141: 주파수 분석 유닛 151: 선로 상태 감지 유닛

Claims (3)

  1. 선로 상태의 감지가 가능하도록 선로에 설치된 선로 상태 탐지 모듈(12);
    선로 상태 탐지 모듈(12)에 의하여 탐지된 정보가 전송되는 관리 서버(11);
    관리 서버(11)에 설치되고, 작업자에게 선로 상태 탐지 모듈(12)로부터 전송된 감지 정보에 의하여 분석된 이상 상태를 작업자에 전송하는 센서 관리 모듈(14); 및
    선로 상태에 대한 정보가 저장되고, 작업자가 접속하여 상태 정보 및 작업 상태의 모니터링이 가능한 선로 관리 모듈(15)을 포함하고,
    선로 상태 탐지 모듈(12)은 선로에서 발생되는 진동을 탐지하여 열차의 운행 위치를 탐지하여 작업자에게 직접 또는 관리 서버(11)를 통하여 작업자에게 전송 가능하고,
    선로 상태 탐지 모듈(12)은 선로의 진동의 탐지를 위하여 선로에 분리 가능하도록 설치되는 진동 센서 모듈(20)을 더 포함하고,
    관리 서버(11)는 진동 센서 모듈(20)로부터 탐지되어 전송된 진동의 주파수 분석에 의하여 선로의 결손 및 변형을 포함하는 선로의 이상 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 선로 상태 감지 및 이상 유무 분석 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
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