KR20060113574A - The measuring and monitoring system of a rail to diagnose the safety of a railway - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 의한 철도 레일 계측 및 모니터링 시스템의 동작 개략도1 is a schematic view of the operation of the rail measuring and monitoring system according to the present invention
도 2는 계측 현장시스템의 구성도2 is a block diagram of a measurement field system
도 3는 내부/외부 온도와 축력 측정을 위한 FBG 센서의 철도 레일에서의 설치예도Figure 3 is an installation example of the rail rail of the FBG sensor for measuring the internal / external temperature and axial force
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols for the main parts of the drawings
100: 철도 레일100: railway rail
101: 차폐제 102: 발광체101: shielding agent 102: light emitter
110: 계측 현장시스템110: measurement field system
111: FBG 센서부 111: FBG sensor unit
S10: 변형률계 S20: 온도계(외부) S30: 온도계(내부)S10: strain meter S20: thermometer (outside) S30: thermometer (inside)
112: Interrogator112: Interrogator
113: 카메라113: camera
114: 데이터 처리/제어부114: data processing / control unit
115: 통신부115: communication unit
116: 전원부116: power supply
120: 원격지 모니터링 서버 시스템120: remote monitoring server system
121: 통신부121: communication unit
122: 컴퓨터122: computer
본 발명은 중요한 사회기반 시설물 중의 하나인 철도 구조물의 손상과 열화 정도, 또는 구조적인 문제 판단, 특히 좌굴의 특성 평가 시 필요한 기초 자료를 수집하기 위한 철도 레일의 장-단기 계측 및 모니터링 시스템에 관한 것으로 레일의 온도와 축력을 계측하고 원격지의 관리자에게 계측 값을 전달하여 체계적이고 효과적으로 철도 레일의 온도와 축력 데이터를 축적하기 위한 수단을 제공하는 것이다.The present invention relates to a system for measuring short- and long-term measurement and monitoring of railroad rails for collecting basic data necessary for determining the degree of damage and deterioration of structural structures or structural problems, in particular, the evaluation of buckling. By measuring the temperature and axial force of the rails and passing the measured values to the remote managers, it provides a means to systematically and effectively accumulate the rail and rail temperature and axial force data.
현재 이러한 목적으로 주로 사용되고 있는 계측기기와 계측용 센서는 상용화 되어 있는 전기저항식이 있으나 부식, 전자기영향, 작업성 등 여러 문제점을 안고 있다. 그리고 사람에 의한 수동 계측으로는 계측 기기와 센서 설치 등의 번거로움과 주기적 계측의 어려움 등으로 철도 레일의 손상과 열화 정도, 또는 구조적인 문제 판단 및 좌굴 등의 특성 평가를 위해 필요한 효과적인 축적 데이터를 제공하는데 한계가 있다.At present, the measuring device and the measuring sensor mainly used for this purpose have electric resistance type which is commercialized, but there are various problems such as corrosion, electromagnetic influence, workability. In addition, manual measurement by humans includes effective accumulation data necessary for evaluating the damage and deterioration of railway rails, structural problem determination, and buckling due to the trouble of installing measurement devices and sensors and difficulty of periodic measurement. There is a limit to the provision.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 전기저항식 계측 센서의 단점과 문 제점을 해결하고자 부식, 전자기적 노이즈에 전혀 영향을 받지 않으며 한 가닥으로 여러 계측점을 갖고, 낮은 전송손실로 긴 장대 레일과 같은 긴 구조체의 중장기 계측에 많은 장점을 가지고 있는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating:FBG) 센서를 사용하여 레일의 온도와 축력을 자동 계측하고 유,무선 통신 장치를 이용하여 원격지의 관리자 서버에 데이터를 보낼 수 있도록 하여 사람에 의한 수동 계측의 번거로움과 비 주기성을 극복하고, 체계적이고 효과적으로 철도 레일의 온도와 축력 데이터를 축적하고 제공하고자 하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is not affected by corrosion and electromagnetic noise at all to solve the disadvantages and problems of the electrical resistance measurement sensor, has a number of measuring points in one strand, long pole rail with low transmission loss Automated measurement of rail temperature and axial force using Fiber Bragg Grating (FBG) sensor, which has many advantages for long-term measurement of the same long structure, and data to remote manager server using wired / wireless communication devices. The aim of the present invention is to overcome the inconvenience and aperiodicity of manual measurement by human beings and to accumulate and provide temperature and axial force data of railway rails systematically and effectively.
철도 탈선 사고의 주요 원인으로 작용하는 철도 레일의 좌굴 등에 효과적인 유지 보수와 특성 파악을 위한 모니터링 시스템으로, 보다 상세하게는 FBG 센서와 영상처리 기술, 그리고 통신기술을 적용하여 상시적인 철도 레일의 내부/외부 온도와 축력을 계측하여 원격지의 관리 서버로 계측 데이터를 보내고, 관리 서버의 데이터베이스(DB)에 측정 데이터를 축적하여 철도 레일의 내부/외부 온도에 따른 레일의 변형 추이를 분석하여 효율적으로 철도 레일의 유지 관리와 특징 파악을 목적으로 하는 모니터링 시스템에 관한 것이다.It is a monitoring system for effective maintenance and characterization of buckling of railway rails, which is the main cause of railway derailment accidents. More specifically, FBG sensors, image processing technology, and communication technology are applied. Send measurement data to remote management server by measuring external temperature and axial force, accumulate measurement data in database (DB) of management server and analyze rail's deformation trend according to internal / external temperature of railway rail The present invention relates to a monitoring system for the purpose of maintaining and characterizing the system.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 특정 지점의 철도 레일의 내부/외부 온도와 축력을 상시적으로 자동 계측하기 위해 FBG 센서와 영상처리기술 그리고 통신 기술을 결합한 철도 레일 계측 및 모니터링 시스템으로 계측하고자하는 철도 레일(100) 옆에 설치되는 계측현장시스템(110)과 원격지 모니터링 서버 시스템(120) 으로 구성된다.The present invention for achieving the above object is measured by a railway rail measurement and monitoring system combining the FBG sensor, image processing technology and communication technology to automatically measure the internal and external temperature and axial force of the railway rail at a particular point It is composed of a
이하 본 발명의 시스템 구성 및 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the system configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 철도 레일 계측 및 모니터링 시스템의 개략적인 구성도이고, 도2는 도1에서 도시된 계측 현장시스템의 상세 구성도이며, 도3은 철도 레일의 내부/외부 온도와 변형률 계측을 위한 FBG 센서들의 설치예도이다.1 is a schematic configuration diagram of a railway rail measurement and monitoring system according to the present invention, FIG. 2 is a detailed configuration diagram of a measurement field system shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an internal / external temperature and strain measurement of a railway rail. Figure of installation of FBG sensors for.
도 1에서 보이는 바와 같이 계측 현장시스템(110)은 철도 레일(100)에 부착 설치된 FBG 센서부(111)로부터 계측된 레일의 내부와 외부 온도, 그리고 변형률을 Interogator(112)로 받아서 디지털 신호로 변환한 뒤 데이터 처리/제어부(114)로 전달하고 내부 메모리에 저장한다.As shown in FIG. 1, the
도 2에서 보이는 바와 같이 철도 레일(100)에 부착 설치되는 FBG 센서부(111)는 레일 변형을 계측하기 위한 변형률계(S10)와 외부 온도를 계측하기 위한 온도계(S20), 그리고 레일 내부 온도를 계측하기 위한 온도계(S30)로 구성되며, 도 3에서 보이는 바와 같이 레일의 내부 온도와 외부 온도를 정확히 계측하기 위해 내부 FBG 온도 센서(S30)는 레일 표면에 접합하여 설치하고 특수 재질의 차폐제(101)를 사용하여 외부와 완전 차단이 되도록 밀봉하고, 외부 FBG 온도 센서(S20)는 차폐제 바깥쪽에 부착하여 레일 바깥쪽의 온도를 계측하게 된다.As shown in FIG. 2, the
수백 미터 길이의 장대 레일(100)에 대해 한 가닥의 FBG 센서(111)로 다수의 계측 점을 계측할 수 있다. 두 장대 레일 이음매 유간의 시작 부분에 계측 현장시스템(110)과 첫 번째 계측 점을 그리고 장대 레일을 따라 다수의 계측 점을 두고 계측하면, 장대 레일 중간 지점에서 FBG 변형률계(S10)로 계측되지 않는 레일 변형에 대해서 함께 계측된 레일 내부 온도 데이터로부터 그 계측 점에서의 축력 추정이 가능하다.A number of measurement points can be measured with a single strand of
또한 계측 현장시스템(10)의 데이터 처리/제어부(114)에서는 카메라(113)로 레일에 설치된 FBG 변형률계(S10)의 초기 위치를 표시하기 위해 부착된 발광체(102)를 촬영하여 취득한 영상으로부터 레일의 전체 이동에 따른 레일의 변이을 추정하여 FBG 변형률계(S10)로 계측되지 않는 레일 전체 이동에 의한 변형을 보정한다. 계측 현장 시스템(110)의 데이터 처리/제어부(114)는 내부 메모리에 저장되어 있는 레일의 각 계측 점의 내부와 외부 온도 데이터와 보정된 축력 데이터를 매 시간마다 메시지로 작성하여 통신부(115)를 통해 원격지 모니터링 서버 시스템(120)으로 전송한다. 또한 원격지 모니터링 서버 시스템으로부터 계측 현장시스템의 설정 메시지를 수신하고, 설정 메시지를 해독하여 시스템을 재설정하는 기능을 수행한다.In addition, the data processing /
원격지 모니터링 서버 시스템은 통신부(121)를 통해 계측 현장시스템(110)으로부터 수신된 메시지를 해독하여 계측 시간에 따른 레일의 내부와 외부 온도 및 축력 측정값을 데이터베이스로 저장하여 레일의 현재 상태를 진단하고 관리자에게 그 측정 값들을 제공한다. 또한 계측 현장시스템(110)의 설정을 변경하기 위한 관리자 입력 신호가 있을 때 입력된 시스템 설정 값을 기초로 설정 메시지를 작성하여 통신부(121)를 통해 계측 현장시스템(110)으로 전송한다.The remote monitoring server system decodes the message received from the
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 철도 레일 온도와 축력 상시 자동 모니터링 시스템은 레일의 특정 지점에서의 내부, 외부 온도와 축력을 자동 계측하여 돌발적이거나 서서히 발생되는 철도 레일의 변형 특성을 제공하여 발생 가능한 열차의 탈선 사고를 미연에 방지할 수 있다. 이는 열차 사고 시에 발생될 인적, 물적 피해를 줄여 사회경제적 효과가 매우 클 것으로 기대된다.As described above, the railway rail temperature and axial force automatic monitoring system according to the present invention provides a train capable of providing a deformation characteristic of an unexpected or gradual railway rail by automatically measuring internal and external temperature and axial force at a specific point of the rail. Derailment accidents can be prevented beforehand. This is expected to greatly increase the socioeconomic effect by reducing the human and material damage that will occur during train accidents.
또한 철도 레일의 온도와 축력 계측 데이터를 데이터베이스화하고, 구축된 자료를 바탕으로 철도 레일의 좌굴 특성 해석 등을 위한 기초 자료를 제공하여 철도 궤도의 이상 관리 대처 방법을 수립하도록 할 수 있다.In addition, it is possible to establish a method for dealing with abnormality management of railway tracks by providing a database of temperature and axial force measurement data of railway rails and providing basic data for buckling characteristics analysis of railway rails.
또한, 사람이 주기적으로 계측하던 것을 상시로 자동 계측함으로써 인력, 경제적 낭비를 최소화 할 수 있으며, 특히 고속열차와 같이 운행속도가 빨라 사람이 직접 계측하는 경우 안전사고의 위험성이 도사리고 있는 것에 비해 무인을 통한 실시간 자료 획득, 분석, 처리가 이루어지므로 안전하다.In addition, it is possible to minimize the manpower and economic waste by automatically measuring what a person regularly measures, and especially when a person measures directly because of high speed, such as a high-speed train, there is a risk of safety accidents. It is safe because real-time data acquisition, analysis, and processing are performed.
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