KR20060066691A - 열차 정차 유도 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열차(국철,지하철, 전철 등)가 승강장에 진입하여 정차시 승강장에 승객의 안전을 위해 설치된 스크린 도어 및 안전 발판, 안전 담 등이 설치되어 있는 상태에 부정확한 정차 위치로 인해 승객의 안전 및 승하차의 불편의 문제, 잦은 전철 정차를 하는 기관사의 스트레스 문제, 그러한 문제를 해결하기 위해 열차 정차시 기관사의 정확하고 안전한 정차를 돕는 정차 유도 장치이다.

전 세계적으로 전철이 많이 설치되어 있다. 그러나 정차는 기관사의 주관적이고 경험에 바탕 둔 관측 제어하여 정차를 하는 실정이다. 그런 단점을 보완하기 위해 열차가 정차를 위해 승강장 진입시 승강장 전방에 설치된 센서로 열차의 진입 상태 파악, 센서 값을 비교해 진입 속도, 거리 값을 마이컴이 계산하여 전방 디스플레이 장치(전광판)로 데이터를 표시하여 기관사에게 알리거나, 그 데이터를 무선으로 열차에 공유하여 무인 전철 시스템에 사용하는 목적으로 하는 열차 정차 유도 시스템이다.

열차, 지하철, 전철, 정차, 정지, 비접촉식 센서, 자동 제동 장치, 무인 제동, 무인 전철

Description

열차 정차 유도 장치 {The train follow safe stop system}

도 1은 이상적인 전철 정차 모습,

도 2는 잘못된 전철 정차 모습,

도 3은 본 발명이 승강장에 설치된 모습을 위쪽에서 본 센서 설치 모습,

도 4는 본 발명이 승강장에 설치된 모습을 앞쪽에서 본 센서 설치 모습,

도 5는 본 발명의 열차 바퀴 하단부에 센서 동작 조준점의 위치를 옆쪽과, 정면에서 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 거리 계산을 위한 센서 설치 위치를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 센서와 마이컴 간의 블록도,

도 8은 본 발명으로 열차 바퀴 초점이 가리키는 포인터의 위치를 나타낸 도면,

본 발명은 열차(지하철, 국철, 전철 등)가 역 구내의 승강장으로 진입하여 승강장에 정차할 때 기관사의 정차 위치를 유도하는 장비이다. 현재 전철에는 승객의 승차, 하차를 돕기 위해 스크린 도어 및 안전 발판, 그리고 안전 담 등이 설치되어 있다. 그러나 정작 열차의 안전을 위해 설치된 장치들이 정확한 정차 위치를 벗어날 경우 그 자체가 승객의 안전 위협을 하며, 불편을 일으키고 있다.

기존에 고안된 발명은 센서를 전방과 후방 동시에 설치하여 열차의 크기를 센서가 감지하여 열차의 정차 위치 여부를 표시등 또는 신호등을 이용 기관사에게 알리는 시스템이다. 즉 열차 운행중 기관사에게 열차 현재 위치를 점등표시로 온,오프 하여 알린다. 신호등과 표시등 점등의 문제는 기관사에게 단지 현재 위치의 정확한 정차 위치 여부만을 통보한다. 그에 따라 정차 전 사전 대응이 힘들어 급제동과 정차 위치 점을 이탈과 같은 일이 발생하는 단점이 있다. 정차 위치 지점을 지나간 경우 다시 뒤로 돌아와서 정차를 해야 하는 번거로움이 발생한다. 또한 기존 발명은 승강장에 진입하는 열차의 길이에 대한 데이터 베이스를 컴퓨터에 구축하고 있어야 한다. 컴퓨터에 구축된 데이터를 마이컴과 통신을 통해 공유하여 센서 동작에 따라 표시등 또는 신호등의 점등으로 표시한다. 그에 따라 데이터 베이스의 구축의 번거로움이 따른다.

또한, 기존 발명의 센서 설치의 문제는 센서의 설치는 열차 레일에 설치하는 방식과 또 하나는 광센서 방식을 이용하는 방법으로 시스템을 구성하고 있다.

첫 번째 열차 레일에 설치된 센서로 열차의 앞쪽 바퀴와 뒤쪽 바퀴의 일치한 경우를 비교 판단하여 열차의 정차 위치를 알리는 시스템이다. 또한 열차 레일에 센서를 설치하여 유지 보수의 위험성 있고, 레일에 장착되어 신뢰성이 떨어지는 단점이 있으며, 또 앞, 뒷바퀴의 센서 감지 여부로 판단하기 때문에 열차 종류 및 길이가 길거나, 짧은 변수 등에 대응이 안 되는 단점을 안고 있다.

두 번째 광센서 방식은 비접촉식 방식으로 유지보수의 우수하나 단지 센서로 열차의 몸체의 길이를 판단하고 있어 열차의 모양이나 기타 변형에 대한 데이터를 매번 업데이트를 해야하는 부담 있고 이 또한 단지 열차의 길이를 가지고 정차 위치 여부를 알려 주고 있어 정차 전 대응이 안 된다는 문제점 안고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하여 열차의 승강장 진입에 따른 기관사의 열차에 대한 안전한 운행 및 승객의 승차, 하차의 불편을 없애, 안전을 위해 설치한 스크린 도어 및 안전 벽 등의 장치를 100%로 활용하게 도와주는 목적이다.

본 발명의 특징은 정차 전 열차의 속도와 거리 값을 디스플레이 장치(전광판)에 표시해 기관사 정 위치 정차를 돕는데 있다. 기관사는 역에 도착시 전방에 설치된 디스플레이 장치(전광판)를 이용하여 정차 시점의 정확한 거리 및 속도를 동시에 관측하며 안전 운행을 유도할 수 있다. 또한 위 데이터를 무선으로 공유하여 자동 제어, 무인 제동 시스템에서 사용할 수 있는 수 있다는 특징이 있다.

센서 방식에서는 비접촉식 근거리 센서를 이용하여 직접적으로 기존의 열차 레일 및 시스템을 가공하지 않고 별도로 설치된 센서를 일정 거리에 떨어진 곳에서 설치하여, 유지 보수의 안정성을 갖는 장점이 있다. 또한 센서의 초점을 열차의 몸체가 아닌 바퀴 하단부에 초점을 맞추어 외형적인 변화 및 기타 여러 변동 요소를 최소화할 수 있어 거리 및 속도 측정의 균일성을 확보할 수 있다는 장점 있다.

"열차 정차 유도 장치"를 이용하여 잦은 정차에 따른 기관사의 스트레스 및 피로를 줄여, 보다 나은 서비스로 정확하고 부드러운 정차를 하여 승객의 안전 및 불편을 최소화할 수 있다. 또한 무인 제어 시스템에서도 데이터를 공유할 수가 있다는 장점이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 "열차 정차 유도 장치"는 레이저 센서 또는 적외선 센서 등 비접촉식 근거리 센서 부(510)를 이용하여 열차(국철,지하철, 전철 등)의 유무를 센서로 감지하여 마이컴(520)이 연산하여 현재 열차의 속도, 거리 값 등의 데이터를 계산하여 유선 또는 무선으로 전방 디스플레이 장치(330)나 무인 제동 시스템에 전달한다.

센서의 기본 구성은 먼저 열차의 진입 여부를 판단하여 비접촉식 근거리 센서 부(510)를 동작시킨다. 근거리 센서(310)의 기본 구성은 발광부와 수광부로 이뤄져 있다. 발광부에서 빛이 나와 수광부로 들어오는 것으로 동작 상태를 체크 한다. 발광부와 수광부는 일체형을 사용하여 부피를 최소화한다. 비접촉식 근거리 센서의 발광 조준점 위치를 열차 바퀴의 하단에 센서 조준 포인터(460)를 세팅한다. 조준점을 바퀴의 하단에 위치시킨 이유는 열차 몸체로 할 경우 열차마다 외관적 변화에 정확한 거리를 계산하는 데 문제가 있다. 열차 바퀴의 하단에 센서 조준을 할 경우 여러 변동 요소를 최소화할 수 있어 거리 및 속도 측정의 균일성을 확보할 수 있다는 장점 있다.

센서 부(510)을 가지고 열차의 진입 속도와 거리를 계산해 보겠다.

1. 속도 계산 : 첫 번째는 두 지점간의 센서의 동작이 이뤄지는 시간 차를 가지고 속도를 구하는 방법으로 사용하였다. "도 6"의 센서 부(510)의 센서 1번(101)과 센서 2번(102) 있다, 센서 1번(101)과 센서 2(102)번 사이의 거리(212)는 1meter고 하면 센서 1번(101) 동작하고 센서 2번(102) 동작하는 시간을 100msec라 하면, 두 지점을 통과한 속도는 센서 간의 거리(212) 1meter를 100msec로 진행을 했다. 속도는 한 시간당 거리로 환산하면 속도가 된다. "속도 = 거리 / 시간"이다. 먼저 한 시간 동안의 거리를 구하면 거리는 100msec에 1meter를 움직여 반응을 했다. 단위 환산을 하면, 한 시간은 60분 * 60초 * 1,000msec 이면 3,600,000msec이다. 여기에 100msec 당 1meter로 나누어 주면 거리가 나온다. 3,600,000msec * (1meter / 100msec)의 거리는 36,000meter이다. 속도는 = 36,000 미터 / 한 시간이다. 즉, 킬로 미터로 환산하여 1,000으로 나누어 주면 36KPH가 된다.

위 식을 정리하면 속도는

= 60분 * 60초 * 1000msec* (센서 간의 거리meter / 센서 반응 시간차msec)

= 3,600,000msec * (센서 간의 거리meter / 센서 반응 시간차msec)

단위를 KPH로 환산을 위해 1000으로 나누어 준다.

= 3,600msec * (센서 간의 거리meter / 센서 반응 시간차msec) KPH가 된다.

속도 계산 두 번째 방법은 한 개의 센서(101)의 온, 오프 시간과 센서 초점이 가리키는 바퀴의 길이(470)를 이용하는 방법이다. "도 8"의 센서의 초점이 감지하는 바퀴 길이 구하는 방법은 아래서 설명하고, 일단 센서 초점이 가리키는 바퀴 의 길이(470)를 50cm라 하고, 센서 1번(101)의 센서가 온과 오프가 되는 시간 차를 50msec이라고 할 때의 속도는 위 식을 공식을 이용하여 먼저 거리 구하면 한 시간당 거리는 60분 * 60초 * 1000msec * (0,5 meter / 50msec)이면 거리는 36.000미터이다. 속도는 = 36,000 미터 / 한 시간이다. 즉, 킬로 미터로 환산하여 1,000으로 나누어 주면 36KPH가 된다.

위 식을 정리하면 속도는

= 3,600,000msec * (센서 초점이 가리키는 바퀴의 길이meter / 시간msec)

단위를 KPH로 환산을 위해 1000으로 나누어 준다.

= 3,600msec * (거리 meter / 시간 msec) KPH가 된다.

위 식을 마이컴(520)을 이용하여 각각의 센서마다 속도를 구할 수 있다.

"도 6"를 설명하면 위 식을 가지고, 진입하는 열차의 속도는 첫 번째 공식을 이용하여 두 개의 센서의 감지 시간 차를 계산하는 방식으로 처리한다. 먼저 센서 1번(101)의 감지 여부를 조사하고, 다음 센서 2번(102)의 감지 여부를 조사한다. 센서 1번(101)과 센서 2번(102)의 감지 시간 차를 t12 이라고, 센서 1번(101)과 센서 2번(102)과의 거리를 d12(212)이라고 한다. 센서 1,2의 속도는 s12 = 3600 * (d12 / t12)로 계산된다. 센서 2번과 센서 3번의 속도는 센서 2,3번의 시간 차를 t23라 하고, 거리를 d23(223)라 하면 위 식을 이용해 s23 = 3600 * (d23 * t23)로 한다. 또한 센서 1번, 3번의 속도를 구할 수 있다. 센서 1번과 3번의 시간 차를 t13과 거리를 d13이라고 하면 s13 = 3,600 * (d13 / t13)의 결과가 나온다. 센서 3 번이 감지되었을 경우의 속도는 s23과 s13의 값으로 두 개를 구할 수 있다. 두 속도의 평균을 이용하여 평균 속도 값을 이용해서 나타낼 수도 있다. 평균 속도 식은 s3 = (s13 + s23)/2로 계산식을 정리할 수 있다.

속도는 센서 부(510)을 통해 입력된 신호를 마이컴(520)이 판단, 위와 같은 연산 방식으로 속도 값을 구하여 전방 디스플레이 장치(330)로 표시한다.

2. 거리 계산: 첫 번째는 거리 구하는 방식은 각각의 센서의 감지 여부로 위치를 계산에 하고, 속도 값을 거리로 환산을 하는 방법이다. 열차 진입시 거리를 계산해 보겠다. "도 6"의 센서 1번(101)가 감지하였다. 센서 1번(101)의 거리를 L1(131)가 된다. 또, 센서 2번(102)가 감지하였다면 거리는 L2(132)가 된다. 위 거리 값을 이용하여 거리에 대한 절댓값 보상을 할 수 있다.

이때의 속도는 센서 1(101), 2(102)의 속도 s12된다. s12의 속도 값을 가지고 100msec당 거리를 계산하겠다. 100msec 후 거리는 = L2 - (속도에 따른 100msec당 거리)이다. 즉, 속도 s12가 36KPH 일 때 10Omsec당 거리는, 먼저 36KPH의 초당 거리를 구한다. 속도는 한 시간 당 거리이다. 단위를 맞추기 위해 시간을 초로 환산하면 36,000meter / 3,600sec = 10meter/1sec이다. 1초당 10meter를 간다. 100msec에는 10분의 1인 1meter로 진행을 하게 되는 것이다. 속도 s12가 36KPH 일 때 100msec 후 거리는 L2 - 1meter의 값을 갖는다. 위 방법을 가지고 센서 부(510) 동작에 따른 거리를 마이컴(520)이 연산하여 구할 수 있다.

두 번째 거리 구하는 식은 한 개의 센서를 이용하는 방법이다. 한 개의 센서 의 위치 값(131)과 속도 값은 센서 초점이 가리키는 바퀴의 길이(470)를 이용해 속도 식으로 구할 수 있어 시간당 거리를 구할 수 있다.

센서 초점이 가리키는 바퀴의 길이(470)에 센서가 설치된 위치 값을 빼주는 방법이다. 센서 1번이 가리키는 초점의 바퀴의 길이 LR(470)과 센서 1번(101)의 위치의 거리 L1(131)이다. 센서 1번이 감지가 온에서 오프 되는 시점의 거리는 L1-LR의 거리를 구할 수 있다. 위 거리 값을 이용하여 거리에 대한 절댓값 보상을 할 수 있다.

3. 센서 초점이 가리키는 바퀴의 길이(470) 구하기 : 제품의 초기 설치할 때의 센서 초점의 높이에 따른 바퀴 감지 길이를 보상하기 위한 초기 설정하는 단계이다. "도 8"의 센서 1번(101)과 센서 2번(102)의 길이(212)를 0.3미터라 하고, 센서 1번과 2번 사이의 열차가 30msec 간격으로 지나갔다고 하자. 속도는 = 3,600msec * (0.3meter / 30msec) = 36KPH이다. 센서 1번(101)의 감지가 온에서 오프 되는 시간을 검사한다. 온, 오프 변환 시간이 40msec일 때 센서 초점이 가리키는 바퀴 길이의 길이는 한 시간당 36km로 진행을 했으니 40msec일 때의 거리를 구하면 된다. 먼저 단위 환산을 한다. 36,000meter / 3,600,000msec = 0.01meter / 1msec이다. 센서 온, 오프 감지 시간 40msec를 곱하면 바퀴의 길이가 나온다. 바퀴 길이는 0.4meter 즉 센서가 가리키는 바퀴의 길이 LR(470)은 40cm이다.

위와 같은 방법으로 센서 부(510)의 입력받아 마이컴(520)이 계산하여 속도, 거리 값의 데이터를 전방 디스플레이(330)에 실시간으로 전달하고 기관사는 열차에 해당하는 정차 값을 가지고 그 값을 맞게 정차를 하면 된다. 그러므로 열차의 종류 와 승강장의 환경에 구애를 받지 않고 정확한 정차 위치에 기관사에게 미리 알려 부드럽고 안전하게 정차를 할 수 있게 도와줘 기관사의 잦은 정차에 따른 스트레스를 줄이고 승객의 승차감 및 승차, 하차시 안전을 최대한 높일 수 있다. 예를 들어 현재 A 전철의 정차 설정 값이 95이면 기관사는 95에 정차를 하기 위해 전방 디스플레이 장치(전광판)의 변동되는 값을 보고 정차를 시도하면 된다. 다른 B 전철은 정차 설정 값이 82이면 그 값에 정차를 시도하면 되는 것이다.

위 데이터를 무선으로 공유하여 열차의 무인 시스템(530), 자동 제동 시스템에서 거리 판단용으로 사용할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 열차의 잦은 정차를 하는 전철과 같은 기관사의 스트레스를 해소하며, 전방에 디스플레이 장치(전광판)을 설치하여 넓은 시야를 확보할 수 있다. 또한 데이터를 무인 시스템에서 사용이 가능하여 그 결과 승객의 안전한 승하차를 위해 설치된 스크린 도어와 안전 담 등의 설비에 따른 이용 목적을 최대화할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속한다.

Claims (5)

1. 열차 진입시 열차의 속도, 열차의 거리를 계산하기 위해 비접촉식 광센서를 이용하여 열차의 몸체가 아닌 열차 바퀴 하단부에 초점을 맞추어 센서의 동작을 감지하는 방식이다.열차 바퀴의 하단에 센서를 조준할 경우 열차의 외형적인 변형 및 열차의 길이 변화 등 기타 외형적 변동 요소에 영향을 안 받는 방식이다.
2. 열차 진입시 비접촉식 광센서를 이용하여 열차 바퀴 하단부에 초점을 맞추어 센서의 동작을 감지 시간차를 이용, 마이컴이 속도를 계산하는 장치이다.
3. 열차 진입시 비접촉식 광센서를 이용하여 열차 바퀴 하단부에 초점을 맞추어 센서의 동작을 감지 시간차 및 센서 설치 위치를 이용, 마이컴이 거리를 계산하는 장치이다.
4. 승강장 전방에 설치된 디스플레이 장치로 열차의 진입 속도, 열차의 거리 등의 데이터를 기관사에게 표시하여 알리는 장치이다.
5. 제 4 항에 있는 데이터를 무선으로 열차의 제어 시스템에 공유하여 무인 시스템 또는 자동 정차 시스템 등의 데이터에 이용, 자동 감속 속도 제어 및 자동 정차 위치 유도를 할 수 있는 장치이다.

Images