KR20000028003A - 지하철 환경소음 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 지하철의 운행중에 발생되는 소음을 이용하여 차량의 이상발생 여부와 지하철로손상 및 벽체균열 등에 관련한 이상여부를 사전에 예측하여 대형사고를 예방할 수 있고 또한 소음이 특히 크게 발생되는 구간 통과시 차량 속도를 적절히 감속조절하여 쾌적한 지하철 운행에 일조할 수 있는 지하철 환경소음 측정장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지하철 개통시의 정상운행 조건하에서의 각 구간 및 위치별로 소음발생 정도를 사전에 데이터 베이스로 구축해 놓고 이후 지하철 운행에 따른 특정구간에서의 철로 및 통로벽체의 이상이나 차량에 이상이 발생하였을 때 나타나게되는 소음 값을 기준 값에 비교하여 특정구간에서의 이상 소음발생 여부를 측정하고 또한 이를 운행차량의 모니터와 통제실로 전송함으로써, 지하철 운행시 이상소음 발생구간이 이르게 되면 차량운전자는 차량 속도를 줄이는 것으로 소음을 경감시켜 쾌적한 차량실내를 유지할 수 있고 또한 통제실에서는 모든 지하철 차량 및 지하선로 시스템의 이상여부를 소음 발생정보를 통하여 파악할 수 있게된다는 데 특징이 있다.

Description

지하철 환경소음 측정장치

본 발명은 지하철의 운행중에 발생되는 소음을 이용하여 차량의 이상발생 여부와 지하철로손상 및 벽체균열 등에 관련한 이상여부를 사전에 예측하여 대형사고를 예방할 수 있도록 하고 또한 지하철 차량이 심한 굴곡 구간이나 이상발생으로 인해 큰 소음이 발생되는 구간을 통과할 때는 이때의 정보가 모니터에 표시되게 하여 운전자로 하여금 차량 속도를 적절히 감속조절하도록 함으로써 소음이 최소로 억제된 쾌적한 상태에서 지하철을 운행할수 있도록 하기위한 지하철 환경소음 측정장치에 관한 것이다.

대표적인 대중교통 수단으로서 지하철은 도심에서의 교통 지,정체의 불편없이 신속하고 정확하게 목적지 까지 이동할 수 있는 매우 유용한 교통수단이기도 하지만, 한편으로는 대량의 소음과 분진을 일으킨다는 구조적인 환경 문제를 가지고 있다.

지하철 시스템에서 해결해야할 최대의 과제인 소음과 분진 발생문제 중에서 분진문제는 환풍시설의 확충과 지하철 구내 및 차량의 철저하고도 주기적인 청소를 통하여 해결해 나가고 있는 반면에, 소음은 지하철로의 설계와 차량의 설계, 그리고 차량의 운행속도에 관련하여 운행중에 발생되는 사안으로만 파악하고 있기 때문에 소음감소에 대한 특별한 대책을 세우지 않고 있다.

그런데 지하철의 운행중에 발생되는 소음을 분석해 보면 그 원인이 다양함을 알 수 있는데, 철도레일 위를 구르는 차량바퀴와 레일 사이에서 발생되는 마찰소음이나 차량이 운행하면서 일으키는 바람이 철로벽면에 부딪쳐서 발생되는 소음의 주파수 영역이나 크기가 차량의 속도에 의해 결정되기도 하지만 구간의 굴곡이나 구간의 폭에 의해서도 소음특성이 다르게 나타나게 됨을 알 수 있다. 또 레일의 이음부 나사풀림이나 이격정도의 차이에 의해서도 지하철 차량의 운행소음이 달라지게 된다. 그외 지하철 차량에 관련된 모든 요소들은 지하철 소음발생의 크기 및 주파수에 영향하게 됨은 자명하다 할 것이다.

이와 같은 지하철에서의 소음발생 원인 및 장소를 정확하게 측정하여 분석하면 소음발생을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만아니라 지하철의 운행중에 지하철로의 이상유무 및 차량의 이상유무를 실시간으로 획득할 수 있으며, 이를 이용함으로써 지하철을 안전하고 쾌적하게 운행할 수 있다.

본 발명의 목적은 지하철의 운행중에 발생되는 소음을 이용하여 차량의 이상발생 여부와 지하철로손상 및 벽체균열 등에 관련한 이상여부를 사전에 예측하여 대형사고를 예방할 수 있고 또한 소음이 특히 크게 발생되는 구간 통과시 이를 차량 운전자에게 전달하여줌으로써 차량속도의 적절한 감속조절을 통하여 쾌적한 지하철 운행을 가능하게 하는 지하철 환경소음 측정장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명 장치의 시스템 블록구성도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 차량 12 : 음향센서

14 : 디멀티플렉서 16 : LPF

18 : 증폭기 20 : A/D변환기

22 : 마이컴 24 : 메모리

26 : 통신카드 28 : 디코더

30 : 모니터 32 : 레일

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량마다 그의 양측면에 일율적으로 동일한 위치에 다수의 음향센서를 설치하여 지하철 운행소음이 디멀티플렉서에 입력되게 구성하고, 상기 디멀티플렉서에서 디코더에 의해 지정되는 순서의 음향센서에서 출력되는 소음중 가청주파수 신호만을 걸러내거나 순수 기계음을 제외한 이상소음을 걸러내는 LPF와, 상기 LPF에서 필터링된 소음신호를 디지털 변환하는 A/D변환기와, 상기 디코더에 디멀티플렉서를 출력을 선택하기 위한 제어신호를 발생하며 상기 A/D변환기로부터 입력되는 디지털 데이터를 샘플링하여 그 샘플링 데이터를 수치연산에 이용하기 위해 데이터베이스화하고 또한 샘플링된 신호를 시간영역에서 주파수영역으로 변환하여 디스플레이하고 통신카드를 통해 통제실로 전송하는 마이컴을 포함한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 환경소음 측정장치의 시스템 블록구성도로서, 지하철 차량의 양측면에는 일율적으로 동일한 위치에 다수의 음향센서(12)를 설치하고 이들 음향센서(12)에서 센싱되는 음향신호는 케이블을 통하여 디멀티플렉서(14)에 입력되게 구성한다.

상기 디멀티플렉서(14)는 마이컴의 제어신호에 동기되는 디코더(28)에 의해 디코딩되어 동시에 입력되는 모든 음향센서로부터의 입력을 시간축에 따라 시분할 하여 순차로 LPF(16)에 출력하게 구성한다.

상기 LPF(16)는 고속필터로써 입력되는 주파수신호 성분중에서 가청주파수신호만을 통과시켜 지하철 탑승객들이 들을 수 있는 소음에 이상소음이 발생되고 있는가 여부를 판단할 수 있게 하거나, 또는 지하철 운행이 정상인 상태에서 기본적으로 발생되는 순수한 기계소음을 제거시킨 후의 나머지 소음을 가지고 철로(32) 또는 구간벽체등의 물리적인 이상여부를 판단할 수 있도록 하기 위한 고유의 통과주파수대역을 가진다.

상기 LPF(16)에서 차례로 출력되는 필터링된 음향신호는 증폭기(18)에서 일정한 레벨의 크기로 신호증폭된 후 A/D변환기(20)에 입력되게 구성한다. 상기 A/D변환기에서는 시간축상에서 얻어진 아날로그의 음향출력을 주파수 열의 디지털신호로 변환출력 한다.

상기 A/D 변환기(20)에서 출력되는 디지털 데이터는 마이컴(22)에 입력되어 메모리(24)에 저장된 데이터베이스 상의 데이터와 비교연산 처리되게 구성하고, 여기에서 얻어진 특정구간에서의 주파수열 상에서의 소음특성 변화여부를 모니터(30)에 그래프로 출력시켜 해당차량 운전자에게 표시되게 구성하고 또한 통신카드(26)를 통하여는 전 지하철의 운행을 통제하는 통제실로 전송되게 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

지하철의 선로를 따라 지하철 차량이 운행되는 경우 철로 벽체의 폭, 철로상태, 구간굴곡정도, 차량의 노후화정도 및 벽체균열정도 등에 관련하여 통과구간별, 통과위치별로 다양한 소음이 발생된다. 이러한 지하철 운행소음은 각 차량마다 정해진 위치에 설치된 음향센서(12)에 의해 수집되어 실시간으로 디멀티플렉서(14)에 입력된다. 상기 디멀티플렉서(14)에 입력되는 다수의 음향센싱 입력은 마이컴(22)의 제어신호에 따른 디코더(28)의 출력에 의해 시간축 상에서 순차로 시분할되어 출력된다.

상기 디멀티플렉서(14)에서 출력되는 하나의 선택된 음향센서(12)에서 센싱된 음향신호는 LPF(16)에 입력된다. 이 LPF(16)는 탑승객들이 느끼는 소음만을 추출하기 위해 가청주파수 대역신호만을 통과시키고 그 외의 신호주파수 성분은 제거하도록 설계될 수 있다. 또 차량의 결함이나 지하철로의 기계적인 결함 또는 벽체 균열 등의 문제를 소음으로 판단해내기 위해 입력되는 소음주파수 신호에서 순수 기계소음 주파수를 제거한 나머지 소음 주파수 신호를 추출할 수 있다. 전자의 경우 쾌적한 지하철운행을 위해 가청주파수 대역의 이상소음 발생하게 되거나 또는 구간의 굴곡이 심하여 큰 소음이 발생되는 구간을 통과할 경우에 차량운행속도를 줄여 가청소음에 대처할 수 있을 것이다. 후자의 경우 지하철 운행 계통상에서 차량이나 철로 등에서 구조적인 결함이 발생된 것을 신속하게 파악할 수 있을 것이다.

이렇게 LPF(16)에서 특정의 주파수로 필터링된 소음신호는 증폭기(18)에서 일정레벨의 크기로 신호증폭된 후 A/D 변환기(20)에 입력된다. 이 A/D 변환기(20)는 입력되는 아날로그의 소음신호를 디지털 값으로 변환하여 마이컴(22)에 전송한다.

하나의 음향센서에 대한 필터링 및 A/D 변환시켜 마이컴으로의 전송이 완료되고나면 디멀티플렉서(14)는 디코더(28)의 선택신호에 따라 다음 시간영역에서 다음 음향센서의 입력소음을 상기와 같은 과정을 통하여 마이컴(22)에 전송하는 식으로 정해진 시간동안 차량의 측면에 설치된 일련의 음향센서(12)의 센싱신호가 시분할되어 마이컴(22)에 입력되게 된다.

마이컴(22)은 반복적으로 시간축상에서 시계열신호로 입력되는 각 음향센서로부터의 샘플링 소음데이터를 고속 프리에 변환을 통한 수치연산을 취하여 주파수 영역으로 나열하고 이를 메모리(24)에 저장하여 데이터베이스를 구축하고, 또한 이를 모니터(30)를 통하여 정상상태에서 수집된 소음의 주파수특성과 현재 입력되는 소음의 주파수 특성을 그래프로 표시하여 지하철 차량의 운전자에게 현재 운행상태의 소음발생 상황을 지시하게 된다. 이를 통하여 차량운전자는 차량의 굴곡구간 운행이나 대량소음 발생지역의 통과로 판단하고 차량의 속도를 적절히 감속시켜 소음발생을 줄임으로써 차량실내를 쾌적하게 유지시킬 수 있다.

한편, 차량운행중 특정구간에서 예기치 않게 운행소음이 크게 발생되거나 이상소음이 발생되면, 이러한 이상소음 주파수신호의 디지털 데이터 값은 사전에 데이터베이스된 해당구간의 정상소음에 대한 주파수신호의 디지털 데이터 값에 비교되어 모니터(30)상에 수치 또는 그래프로 표시되므로, 차량 운전자에게 현재 운행중인 구간에서 이상이 발생되었음을 판단하고 이에 적절한 조치, 예를 들면 감속운행조치 등을 취할 수 있도록 한다. 또한 이러한 특정 구간에서의 이상정보는 통신카드(26)를 통하여 통제실의 주컴퓨터에 실시간으로 전송되므로 여기에서 특정구간에서의 이상정도를 분석하여 적절한 조치를 취할 수 있다.

특히, 통제실의 주컴퓨터에서는 특정구간에서 문제가 발생된 경우 해당구간을 통과하는 모든 차량으로부터 동일한 결과의 이상상태 측정정보가 전송되어 올 것이므로 현장의 상황을 원격지에서 정확하게 판단할 수 있게 된다.

또한 차량의 양측면에 일률적으로 설치된 다수의 음향센서(12)에서 시분할 추출되어 주파수 영역으로 변환처리된 가청주파수 대역의 디지털 데이터 값을 메모리(24)에 저장된 데이터베이스 상의 정상 소음성분에 대한 디지털 데이터 값에 비교함으로써, 어느 음향센서로부터 이상소음이 입력되고 있는지를 파악하여 차량의 어느 부위에서 이상이 발생되었는지를 분석할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 지하철 개통시의 정상운행 조건하에서의 각 구간 및 위치별로 소음발생 정도를 사전에 데이터 베이스로 구축해 놓고 이후 지하철 운행에 따른 특정구간에서의 철로 및 통로벽체의 이상이나 차량에 이상이 발생하였을 때 나타나게되는 소음 값을 기준 값에 비교하여 특정구간에서의 이상 소음발생 여부를 측정하고 또한 이를 운행차량의 모니터와 통제실로 전송함으로써, 지하철운행시 이상소음 발생구간에서는 속도를 줄이는 것으로 소음을 경감시켜 쾌적한 차량실내를 유지할 수 있고 또한 통제실에서는 모든 지하철 차량 및 지하선로 시스템의 이상여부를 소음 발생정보를 통하여 파악하고 분석할 수 있게 되므로 지하철의 안전운행을 도모할 수 있는 특유의 효과를 가져온다.

Claims (2)

1. 차량의 양측면에 일율적으로 설치되는 다수의 음향센서(12)와, 상기 다수의 음향센서(12)의 소음센싱신호를 받아들여 디코더에 의해 지정되는 순서에 따라 선택된 음향센서의 센싱신호를 시분할 출력하는 디멀티플렉서(14)와, 상기 디멀티플렉서(14)의 출력되는 소음센싱신호에서 가청주파수신호를 선택하는 LPF(16)와, 상기 LPF의 가청주파수 출력을 신호증폭하는 증폭기(18)와, 상기 증폭기의 출력을 디지털 값으로 변환하는 A/D변환기(20)와, 상기 A/D변환기에서 출력되는 디지털변환된 샘플링데이터를 고속 수치연산 처리하여 시간영역에서 주파수영역으로 변환하고 이때의 소음수집데이터를 메모리(24)에 저장된 데이터베이스의 해당구간 소음데이터에 비교시켜 모니터(30)에 출력하는 마이컴(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하철 환경소음 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이컴(22)에서 수집되어 처리된 해당구간별 소음데이터를 실시간으로 통제실의 주컴퓨터에 전송하기 위한 통신카드(26)가 더 마련된 것을 특징으로 하는 지하철 환경소음 측정장치.