KR20060116649A - 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열차 제어 및 모니터링 시스템 (TCMS; Train Control & Monitoring System) 이 저장하고 있는 데이터를 무선 랜을 사용하여 지상 컴퓨터로 송신한 후, 지상 컴퓨터에서 이를 수신하여 데이터 베이스에 저장, 분석, 검색하여 열차를 효율적으로 관리할 수 있는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치로서, 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치는, 철도 차량에 설치되어 열차의 데이터를 수집하는 TCMS 차상 장치부 (100) ; 및 지상에 설치되며, 상기 TCMS 차상 장치부가 수집한 데이터를 무선 링크부 (300) 를 통해 수신하고, 수신한 데이터에 기초하여 열차를 제어하는 TCMS 지상 장치부 (200) 로 구성되어, TCMS 장치에 무선 랜을 사용함으로써 인력, 시간 및 비용을 절감할 수 있으며, 또한, 차량의 입출고 현황을 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.
열차 제어 및 모니터링 시스템 (TCMS), 무선 랜

Description

무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치 및 방법{An Apparatus and Method for Train Controlling and Monitoring System Using Wireless Communication}
도 1 은 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 일 실시예를 도시하고 있는 개략도.
도 2 는 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치에서 사용하는 통신 패킷 구조를 도시하는 도면.
도 3 은 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 데이터 전송 상태 동작도.
도 4 는 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 장애 정보 전송 상태 동작도.
도 5 는 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 차상 무선장치의 동작 흐름도.
도 6 은 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 지상용 컴퓨터의 동작 흐름도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : TCMS 차상 장치부 110 : TCMS 유닛
120 : 차상 무선장치 200 : TCMS 지상 장치부
210 : 액세스 포인트 (AP) 220 : 지상용 컴퓨터
230 : 출력장치 300 : 무선 링크부
400 : 차상용 휴대용 컴퓨터
본 발명은 열차 제어 및 모니터링 시스템 (Train Control & Monitoring System; TCMS) 이 저장하고 있는 데이터를 무선 랜을 사용하여 지상 컴퓨터로 송신하고, 지상 컴퓨터에서 이를 수신하여 데이터 베이스에 저장하고, 저장된 데이터를 분석 및 검색하여 열차를 효율적으로 관리할 수 있는 장치이다.
현재 철도 차량에서는 차량의 상태 및 운행 정보 등의 데이터를 차량내에 설치되어 있는 메모리에 저장하고, 이 데이터를 메모리 카드에 저장하여 지상 시스템으로 옮긴후 데이터 분석 장비에서 판독하여 그 결과를 텍스트 및 그래프 형태로 표시하여 검토 및 분석할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 이러한 방법은 차량 정차시에 검수원이 차량에 탑승하여 메모리에 저장되어 있는 데이터를 메모리 카드에 저장하고, 이를 회수하여 지상 시스템의 데이터 분석 장비로 가져와야 하므로, 데이터를 다운로드하는데 시간적, 인적 자원이 투입되어야 한다는 단점이 있다. 또한, 저장 매체로 사용되는 메모리 카드는 그 저장 용량 및 사용 횟수에 제한이 있는 등의 취약점을 갖고 있다.
또한, 수요처에서 요구하는 다운로드 데이터 양은 점차 증가하는 추세이므 로, 따라서 대용량 메모리 카드로의 교체 및 TCMS 장치의 재설계/재제작이라는 하드웨어적인 조치가 불가피해지고 있으므로, 결과적으로 많은 추가 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
최근, 수요처는 차량의 기록 데이터의 종류와 데이터 양을 계속 상향 조정하고 있으며, 또한 이들 데이터를 무선으로 받는 기능을 요구하는 경우가 늘고 있는 추세이다.
따라서, 본 발명은 이러한 무선 랜 기술을 철도 차량에 적용함으로써 수요처의 요구사항을 만족시키고, 하드웨어적인 조치로 인한 추가 비용을 절감하려는 목적이 있다.
철도 차량용 컴퓨터가 철도 차량에 도입되면서 철도 차량의 상태 및 운행 정보 등의 데이터들을 TCMS 에서 자체 메모리에 기록하고, 이 데이터를 검수원이 직접 지상 시스템으로 이동하여 지상 컴퓨터의 데이터베이스에 이를 저장, 관리, 검색하도록 발전되어 왔다.
현재, 철도 차량을 구매하는 수요처는 기록되는 데이터의 종류와 양을 증가시키고 있고, 또한 이들 데이터를 무선으로 수신하는 기능을 추가하도록 요구하는 추세에 있다.
따라서, 수요처의 요구에 대응하기 위해 무선 랜 기술을 철도 차량에 적용시켜 기존의 장치에 대한 추가 투자를 최소한으로 줄이면서도 수요처의 요구사항을 만족시키는 것이 무선 지상장치 시스템 개발의 목적이다.
도 1 은 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 일 실시예를 도시하고 있는 개략도이다.
본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치는, 철도 차량에 설치되어 열차의 데이터를 수집하는 TCMS 차상 장치부 (100) ; 및 지상에 설치되며, 상기 TCMS 차상 장치부가 수집한 데이터를 무선 링크부 (300) 를 통해 수신하고, 수신한 데이터에 기초하여 열차를 제어하는 TCMS 지상 장치부 (200) 를 포함하고 있다.
이때, TCMS 차상 장치부 (100) 는, 열차와 관련된 정보를 저장하는 TCMS 유닛 (110); 및 TCMS 유닛 (110) 로부터 데이터를 수신하여, 무선 링크부 (300) 를 통해 TCMS 지상 장치 (200) 로 데이터를 전송하는 차상 무선장치 (120) 를 포함하며, 무선링크부 (300) 는 무선 랜을 이용하여 구현되는 것이 바람직하다.
또한, TCMS 지상 장치부 (200) 는, TCMS 차상 무선장치 (120) 로부터 전송되는 데이터를 액세스포인트 (210) 를 통해 전송받는 지상용 컴퓨터 (220) 를 포함하고 있다.
또한, 지상용 컴퓨터 (220) 에 저장된 데이터를 무선 링크부 (300) 를 통해 전송받을 수 있는, 차상에 설치된 차상용 휴대용 컴퓨터 (400) 를 더 포함하고 있으며, 지상용 컴퓨터 (220) 에는 출력장치 (230) 가 연결되는 것이 바람직한 실시예이다.
철도 차량 내에 설치되어 있는 차상 무선장치 (120) 는 차량의 데이터를 TCMS 유닛 (110) 으로부터 수신하여 자체 메모리에 저장하고 지상에 설치되어 있는 TCMS 지상 장치부 (200) 와 무선 랜이 연결되면 데이터를 TCMS 지상 장치부 (200) 의 지상용 컴퓨터 (220) 로 전송하는 역할을 수행한다.
이때, 액세스포인트 (210) 는 차상 무선장치 (120) 가 전송하는 데이터를 수신하여 지상용 컴퓨터 (220) 로 전달하는 역할을 수행하며, 데이터를 수신한 지상용 컴퓨터 (220) 는 이 데이터를 데이터베이스에서 검색이 가능하도록 저장/관리하며, 사용자의 요구에 따라 저장된 데이터중 원하는 정보를 미리 정해진 포맷의 텍스트 또는 그래픽 형태로 데이터를 변환하여 모니터에 표시하는 역할을 수행한다.
지상용 컴퓨터 (220) 에 연결된 출력장치 (230) 는 지상용 컴퓨터 (220) 에 의해 작성된 텍스트 및 그래픽 형태의 문서를 출력하는 역할을 수행하는 것이 바람직하다.
도 2 는 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치에서 사용하는 통신 패킷 구조를 도시하는 도면이다.
본 발명의 구체적인 설계에 있어서, 무선 통신 방식으로 IEEE 802.11x 무선 랜을 사용하는 것이 바람직한 실시예이다. 이때, 무선 랜이 타 시스템과 연결되는 것을 방지하기 위해 채널을 설정한다. 보다 구체적으로, 연결될 시스템들의 IP 주소를 등록시켜 놓고, 이외의 주소는 모두 차단하고 있다. 즉, 무선 랜에 연결되는 시스템을 허가된 것만 연결되도록 연결범위를 제한하는 것이다.
본 발명의 구체적인 설계에 있어서, 지상용 컴퓨터 (220) 의 응용 프로그램에서 차상 무선장치 (120) 와 지상용 컴퓨터 (400) 간의 통신은 패킷의 송수신을 통해 수행된다. 이때, 이 패킷은 도 2 의 통신 패킷 구조와 같은 TCP/IP 통신 패킷에 실려 차상 무선장치와 지상용 컴퓨터 사이의 데이터 통신에 사용된다.
도 3 은 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 데이터 전송 상태 동작도이다.
차상 무선장치 (120) 와 지상용 컴퓨터 (220) 는 무선 랜으로 연결되어 있으며 각 장치는 고유의 ID 를 갖고 있으므로, 다른 무선 랜에는 연결되지 않도록 설계되어 있다. 따라서, 차상 무선장치 (120) 는 열차 기지에 도착해야만 무선 랜으로 연결 가능한 지상용 컴퓨터 (220) 를 찾을 수 있으며, 무선 랜으로 연결되어 있으므로 상호간에 통신을 할 수 있는 것이다. 차상 무선장치 (120) 는 지상용 컴퓨터 (220) 로부터 응답이 수신되면 열차가 차량 기지에 도착한 것으로 간주하게 된다. 이것으로 열차의 기지 입출고 유무를 확인할 수 있는 효과가 있는 것이다.
차상 무선장치 (120) 는 일정 주기로 지상용 컴퓨터 (220) 에 응답요구를 송신하고, 이에 대한 응답이 수신될 때까지 대기하게 된다. 차량이 운행중일 때는 연결이 되지 않으므로 대기 상태에 있게 된다. 지상용 컴퓨터 (220) 는 차상 무선장치 (120) 로부터 응답요구를 받으면 응답한다. 차상 무선장치 (120) 는 지상용 컴퓨터 (220) 로부터 응답이 수신되면, 이는 차량 기지에 도착한 것이므로 현재까지 TCMS 유닛 (110) 으로부터 수신된 누적 데이터를 송신하기 위해 지상용 컴퓨터 (220) 에 연결을 요청한다. 지상용 컴퓨터 (220) 는 연결 요청을 수신하면 연결을 허가한다. 차상 무선장치 (120) 는 연결 허가를 지상용 컴퓨터 (220) 으로부터 수신하면 연결을 확인하고 데이터를 전송하게 된다. 지상용 컴 퓨터 (220) 는 데이터를 모두 수신하게 되면 정상적으로 수신했음을 나타내는 수신 정상 응답을 송신한다. 차상 무선 장치 (120) 는 수신 정상 응답을 수신하면 연결을 해제할 것을 지상용 컴퓨터 (220) 에 요청하고 연결을 해제한다. 지상용 컴퓨터 (220) 도 연결 해제 요청을 받으면 연결을 해제한다. 상술한 과정은, 차상 무선 장치 (120) 와 지상용 컴퓨터 (220) 간에 전송 계층 (transport layer) 으로 TCP 프로토콜을 사용하고, 응용 프로그램간에 패킷을 기반으로 데이터를 송수신하기 위한 절차로서 도 3 에 상세하게 도시되어 있다.
도 4 는 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 장애 정보 전송 상태 동작도이다.
차상 무선장치 (120) 의 동작중 소프트웨어 및 하드웨어 등의 장애가 발생한 경우, 지상용 컴퓨터 (220) 로 데이터 전송시에 이러한 장애에 관한 정보를 함께 전송한다. 지상용 컴퓨터 (220) 는 차상 무선장치 (120) 의 장애 정보를 수신하여 그 정보를 사용자에게 알리게 된다. 차상 무선장치 (120) 의 자체 장애 정보를 주요 고장 정보와 함께 지상용 컴퓨터 (220) 로 전송하는 절차를 도 4 에 상세히 도시하고 있다.
전술한 동작을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
차상 무선장치 (120) 는 차량이 기지에 도착했는자 여부를 감시하고 차량 기지에 도착한 것으로 확인되면 자체 메모리에 누적 기록된 데이터를 지상용 컴퓨터(220) 로 송신한다. 이때, 지상용 컴퓨터 (220) 로 최후에 전송한 데이터 이후에 추가로 누적된 데이터가 없는 경우에는 데이터 전송을 수행하지 않는다. 이 는 차상 무선장치가 차량 기지에 도착한 후 중복된 데이터를 지상용 컴퓨터로 전송하는 것을 방지하기 위한 것이다.
지상용 컴퓨터 (220) 는 차상 무선장치 (120) 로부터 기지 도착시 응답요구를 수신하면 이에 대한 응답을 송신한다. 상호간에 무선으로 연결되어 차상 무선 장치로부터 데이터가 전송되면 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하게 된다. 이러한 과정을 아래와 같은 표 1 에 간략하게 나타내었다.
표 1
항목 설명
차상 무선장치의 차량기지 도착여부를 확인 차상 무선장치는 차량 기지 도착 여부를 확인하기 위해 주기적으로 지상용 컴퓨터에게 응답 요구를 실행. 지상용 컴퓨터로부터 응답 요구에 대한 응답이 수신되면 차량기지에 도착한 것으로 간주함.
차상 무선 장치 차상 무선장치는 차량 기지 도착 여부를 감시하고, 차량 기지 도착이 확인되면, 내부 영구 저장 장치 (플래시 메모리) 에 누적 기록된 데이터를 지상용 컴퓨터로 송신. 단, 지상용 컴퓨터로 최후에 전송한 데이터 이후 추가로 누적된 데이타가 없는 경우 데이터 전송을 수행하지 않는다. 이는 차상 무선 장치가 차량 기지에 도착한 후 중복된 데이터를 지상용 컴퓨터로 전송하는 것을 방지하기 위함.
지상용 컴퓨터 지상용 컴퓨터는 차상 무선장치로부터의 응답요구가 수신되면 이에 대한 응답을 송신한다. 차상 무선장치 로부터 데이터를 수신하면 데이터를 데이터베이스에 저장하고 관리/검색 기능을 수행함.
도 5 는 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 차상 무선장치의 동작 흐름도이며, 도 6 은 본 발명의 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치의 지상용 컴퓨터의 동작 흐름도로서, 전술한 과정을 상세히 도시하고 있다.
무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치를 이용한 열차 종합 제어 방법으로서, 차상 무선장치는, 무선랜 및 지상용 컴퓨터 인터페이스를 초기화하는 단계; 차량 기지에 도착한 여부를 확인하여, 데이터의 최후 전송후 추가로 누적된 데이터가 있는지 확인하는 단계; 추가로 누적된 데이터가 있는 경우, 내부 영구 저장장치에 기록된 데이터를 지상용 컴퓨터에 전송하는 단계; 및 누적된 데이터를 전송한 사실을 상기 내부 영구 저장장치에 기록하는 단계를 포함하고 있다.
또한, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치를 이용한 열차 종합 제어 방법으로서, 지상용 컴퓨터는, 무선랜 및 지상용 컴퓨터 인터페이스를 초기화하는 단계; 차상 무선 장치에서 응답을 요구한 경우, 차상 무선장치와 연결되었는지 확인하는 단계; 연결이 된 경우, 차상 무선장치로부터 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하는 단계; 및 데이터베이스를 검색한 경우, 현재까지 저장된 데이터를 검색화면을 통해 표시하는 단계를 포함하고 있다.
본 발명은 TCMS 장치에 무선 랜을 사용함으로써 인력, 시간 및 비용을 절감할 수 있으며, 또한, 차량의 입출고 현황을 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있는 발명이다.

Claims (8)

  1. 철도 차량에 설치되어 열차의 데이터를 수집하는 TCMS 차상 장치부; 및
    지상에 설치되며, 상기 TCMS 차상 장치부가 수집한 데이터를 무선 링크부를 통해 수신하고, 수신한 데이터에 기초하여 열차를 제어하는 TCMS 지상 장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 TCMS 차상 장치부는,
    열차와 관련된 정보를 저장하는 TCMS 유닛; 및
    상기 TCMS 유닛으로부터 데이터를 수신하여, 상기 무선 링크부를 통해 상기 TCMS 지상 장치로 데이터를 전송하는 차상 무선장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선 링크부는 무선 랜을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 TCMS 지상 장치부는,
    상기 TCMS 차상 무선장치로부터 전송되는 데이터를 액세스포인트를 통해 전송받는 지상용 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    차량에 설치되며, 상기 지상용 컴퓨터에 저장된 데이터를 상기 무선 링크부를 통해 전송받을 수 있는 차상용 휴대용 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 지상용 컴퓨터에 출력장치가 연결되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항에 기재된 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치를 이용한 열차 종합 제어 방법으로서,
    차상 무선장치는,
    무선랜 및 지상용 컴퓨터 인터페이스를 초기화하는 단계;
    차량 기지에 도착한 여부를 확인하여, 데이터의 최후 전송후 추가로 누적된 데이터가 있는지 확인하는 단계;
    추가로 누적된 데이터가 있는 경우, 내부 영구 저장장치에 기록된 데이터를 지상용 컴퓨터에 전송하는 단계; 및
    누적된 데이터를 전송한 사실을 상기 내부 영구 저장장치에 기록하는 단계를 포함하는 방법으로 열차를 제어하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 방법.
  8. 제 4 항 내지 제 6 항에 기재된 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 장치를 이용한 열차 종합 제어 방법으로서,
    지상용 컴퓨터는,
    무선랜 및 지상용 컴퓨터 인터페이스를 초기화하는 단계;
    차상 무선 장치에서 응답을 요구한 경우, 차상 무선장치와 연결되었는지 확인하는 단계;
    연결이 된 경우, 차상 무선장치로부터 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하는 단계; 및
    데이터베이스를 검색한 경우, 현재까지 저장된 데이터를 검색화면을 통해 표시하는 단계를 포함하는 방법으로 열차를 제어하는, 무선 통신을 이용한 열차 종합 제어 방법.
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