KR20090056086A - 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20090056086A
KR20090056086A KR1020070123070A KR20070123070A KR20090056086A KR 20090056086 A KR20090056086 A KR 20090056086A KR 1020070123070 A KR1020070123070 A KR 1020070123070A KR 20070123070 A KR20070123070 A KR 20070123070A KR 20090056086 A KR20090056086 A KR 20090056086A
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김균태
한재구
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한국건설기술연구원
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Abstract

본 발명은 철도 시설물에 근거리무선통신 기반의 철도 시설물 안전 이상 발생 감지를 위한 센서 네트워크를 구축하여 원격지에서 실시간으로 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 감시할 수 있도록 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 철도 시설물에 설치되어 철도 시설물의 상태를 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리무선통신 신호 처리하여 송출하는 다수 개의 센서 노드와; 상기 각 센서 노드로부터 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수집하여 송출하는 싱크 노드와; 상기 싱크 노드에서 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 감지 정보를 이동통신 신호 처리하여 송출하는 게이트웨이와; 상기 게이트웨이로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 감지 정보를 출력 및 메모리 영역에 저장하는 한편, 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보의 수치를 확인하여, 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에는 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 관제 서버부를 포함하여 이루어짐으로써, 철도 사고로 인한 피해를 사전에 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 사고 발생시 신속히 대처할 수 있는 효과가 있다.

Description

철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법{System and Method for Monitoring Safety of Railroad Facilities}
본 발명은 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 감시할 수 있도록 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
오늘날의 철도는 지상의 운송수단 중 가장 많은 승객과 화물을 수송하는 운송수단으로서, 정해진 궤도를 정시 운행하는데 따른 정시성으로 인해 많은 나라에서 가장 효율적인 운송수단으로 활용되고 있다.
이에, 철도 시설물 안전 이상 발생에 따른 철도 사고 발생은 곧바로 대형 참사로 이어지게 된다.
이와 같은 이유로 인해, 종래에는 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 모니터링하기 위하여 선로의 레일 손상, 레일 들림, 도상 자갈의 밀림 현상, 레일의 신축 유간, 분기기의 상태 등을 점검하기 위한 장비들 및 궤도를 지지하는 지반이나 교량, 터널 등의 철도 구조물을 관측하기 위한 장비들을 탑재한 조사차량을 철 도 현장에서 직접 운행하며 철도 시설물 안전 이상 발생 여부를 모니터링하고 있다.
그러나, 철도의 시설물들은 방대한 지역에 걸쳐 시설되어 있기 때문에, 종래의 철도 시설물 안전 모니터링 방식을 이용한 철도 시설물 관리시에는 관리자가 방대한 지역에 걸쳐 시설된 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 실시간으로 확인할 수 없으며, 또한 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 확인하는 시점이 늦어지게 되므로, 철도 사고를 사전에 예방할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 철도 시설물에 근거리무선통신 기반의 철도 시설물 안전 이상 발생 감지를 위한 센서 네트워크를 구축하여 원격지에서 실시간으로 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 감시할 수 있도록 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 시스템은, 철도 시설물에 설치되어 철도 시설물의 상태를 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리무선통신 신호 처리하여 송출하는 다수 개의 센서 노드와; 상기 각 센서 노드로부터 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수집하여 송출하는 싱크 노드와; 상기 싱크 노드에서 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 감지 정보를 이동통신 신호 처리하여 송출하는 게이트웨이와; 상기 게이트웨이로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 감지 정보를 출력 및 메모리 영역에 저장하는 한편, 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보의 수치를 확인하여, 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에는 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 관제 서버부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 방법은, 철도 시설물에 설치된 각 센서 노드에서 철도 시설물의 상태를 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리무선통신 신호 처리하여 상기 싱크 노드로 전송하는 단계와; 상기 각 센서 노드로부터 전송되는 철도 시설물 상태 감지 정보를 수집하고, 수집된 감지 정보를 이동통신 신호 처리하여 관제 서버부로 전송하는 단계와; 상기 관제 서버부에서 상기 게이트웨이로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하여 출력 및 저장하는 한편, 수신된 감지 정보의 수치를 확인하는 단계와; 상기 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 상기 관제 서버부에서 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위해 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법은, 철도 시설물에 근거리무선통신 기반의 철도 시설물 안전 이상 발생 감지를 위한 센서 네트워크를 구축하여 원격지에서 실시간으로 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 감시함으로써, 철도 사고로 인한 피해를 사전에 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 사고 발생시 신속히 대처할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 시스템의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수 개의 센서 노드(10)와, 싱크 노드(20)와, 게이트웨이(30)와, 관제 서버부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기 각 센서 노드(10), 싱크 노드(20) 및 게이트웨이(30)는 근거리무선통신망을 통해 상호 간에 데이터 통신을 수행하며, 상기 게이트웨이(30) 및 관제 서버부(40)는 유/무선통신망을 통해 상호 간에 데이터 통신을 수행한다.
예를 들어, 상기 각 센서 노드(10), 싱크 노드(20) 및 게이트웨이(30)는 지그비(ZigBee)망 또는 블루투스(Bluetooth)망을 통해 상호 간에 데이터 통신을 수행하며, 상기 게이트웨이(30) 및 관제 서버부(40)는 이더넷망, WLAN망, CDMA망, WiBro망 또는 Satellite망을 통해 상호 간에 데이터 통신을 수행한다.
한편, 상기 각 센서 노드(10)는 메쉬, 스타, 트리플 등의 네트워크 구조로 형성되어 철도 시설물(예를 들어, 전력선, 레일, 교량, 터널, 연약지반, 사면 등) 각각에 설치된다.
예를 들어, 철도 시설물 중, 전력선에는 전력선 처짐 정도를 감지할 수 있는 변형률(광섬유 센서) 및 레이저 센서 등이 센서 노드(10)로서 싱크 노드(20)와 함께 센서 네트워크를 형성하여 설치되며, 레일에는 레일의 변형/진동/온도 정도와 용접 구간의 변형 정도를 감지할 수 있는 가속도, 온도, 변형률 등이 센서 노드(10)로서 싱크 노드(20)와 함께 센서 네트워크를 형성하여 설치되며, 교량에는 교량의 진동/거동 정도와 교각의 세굴 정도 등을 감지할 수 있는 가속도, 변형률, 세굴 센서 등이 센서 노드(10)로서 싱크 노드(20)와 함께 센서 네트워크를 형성하 여 설치되며, 터널에는 터널의 내부 진동 정도를 감지할 수 있는 가속도 센서 등이 싱크 노드(20)와 함께 센서 네트워크를 형성하여 설치되며, 연약지반 및 사면에는 지반의 거동 정도를 감지할 수 있는 가속도, 변형률 센서 등이 센서 노드(10)로서 싱크 노드(20)와 함께 센서 네트워크를 형성하여 설치될 수 있다. 그리고, 상기 각 센서 노드(10)는 서로 50미터 이내의 간격을 두고 설치되며, 해당 설치된 각 센서 노드(10) 중 어느 하나는 상기 싱크 노드(20)와 50미터 이내의 간격을 두고 설치되어 상호 간에 근거리무선통신을 수행하게 된다.
이러한, 상기 각 센서 노드(10)는 자신이 설치된 철도 시설물의 상태를 실시간으로 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 상기 싱크 노드(20)로 전송한다. 이때, 상기 각 센서 노드(10)는 상기 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리무선통신 신호 처리하여 상기 싱크 노드(20)로 전송한다.
여기서, 철도 시설물 상태 감지 정보는 전력선의 처짐 정도, 레일의 변형/진동/온도 정도, 교량의 거동 정도, 교각의 세굴 정도, 터널의 진동 정도, 연약지반 및 사면의 거동 정도 감지 정보 등을 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 철도 시설물 상태 감지 정보는 상기 각 센서 노드(10)에서 전력선의 처짐 정도, 레일의 변형/진동/온도 정도, 교량의 거동 정도, 교각의 세굴 정도, 터널의 진동 정도 또는 연약지반/사면의 거동 정도를 감지하여 생성되는 것이다.
한편, 상기 싱크 노드(20)는 상기 각 센서 노드(10)로부터 전송되는 철도 시설물 상태 감지 정보를 수집하여 상기 게이트웨이(30)로 전송한다. 즉, 상기 싱크 노드(20)는 상기 각 센서 노드(10)로 형성된 센서 네트워크와 상기 게이트웨이(30) 를 포함하는 타 네트워크 간의 통신을 중계하는 근거리무선통신 라우터 기능을 수행한다.
한편, 상기 게이트웨이(30)는 상기 싱크 노드(20)로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하여 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보를 상기 관제 서버부(40)로 전송한다. 이때, 상기 게이트웨이(30)는 상기 싱크 노드(20)로부터 수신한 근거리무선통신 신호처리되어 있는 철도 시설물 상태 감지 정보를 유/무선통신 신호 처리한 후 상기 관제 서버부(40)로 전송한다. 예를 들어, 상기 게이트웨이(30)는 근거리무선통신 모듈 및 유/무선통신 모듈을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 관제 서버부(40)는 상기 게이트웨이(30)로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보를 화면에 출력하며, 메모리 영역(예를 들어, 데이터베이스 등)에 저장·관리하는 한편, 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보의 수치를 실시간으로 확인하여, 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지 및 경고음을 발생하여 출력하거나, 기설정된 이동통신 단말기의 전화번호를 이용하여 이에 해당하는 이동통신 단말기로 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지를 SMS를 송신한다. 예를 들어, 관제 서버부(40)는 유/무선통신 모뎀을 포함한 데스크톱 PC, 노트북 등으로 이루어질 수 있다.
여기서, 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지는 상기 관제 서버부(40)에 기설정된 기준값을 초과하는 수치의 철도 시설물 상태 감지 정보를 전송한 센서 노드(10), 즉 안전 이상이 발생한 위치에 설치된 센서 노드(10)의 위치 정보를 포함 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 관제 서버부(40)는 상기 게이트웨이(30)로부터 수신한 철도 시설물 상태 감지 정보의 수치를 실시간으로 확인하여, 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 예컨대 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지를 유/무선통신망을 통해 방재 기관의 시스템, 운행 열차 또는 안전 이상 발생 위치 주변 도로를 운행하는 차량에 구비된 통신 단말로 통보할 수도 있다. 여기서, 해당 방재 기관의 시스템은 유/무선통신 모뎀을, 해당 운행 열차 및 안전 이상 발생 위치 주변 도로를 운행하는 차량에 구비된 통신 단말은 각각 무선통신 모뎀을 탑재하여, 해당 탑재된 유/무선통신 모뎀을 이용한 유/무선통신을 통해 각각 상기 관제 서버부(40)로부터의 경고 메시지를 수신하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 방법을 도 2에 도시된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 메쉬, 스타, 트리플 등의 네트워크 구조로 형성되어 철도 시설물 각각에 설치된 각 센서 노드(10)는 철도 시설물의 상태를 실시간으로 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리무선통신 신호 처리하여 상기 싱크 노드(20)로 전송한다(S100).
상기한 단계 S100을 통해 상기 각 센서 노드(10)로부터 전송되는 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신한 상기 싱크 노드(20)는 수신된 감지 정보를 수집하여 상기 게이트웨이(30)로 전송한다(S110).
상기한 단계 S110을 통해 상기 싱크 노드(20)로부터 근거리무선통신 신호처 리되어 있는 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신한 상기 게이트웨이(30)는 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보를 유/무선통신 신호 처리한 후 상기 관제 서버부(40)로 전송한다(S120).
상기한 단계 S120을 통해 상기 게이트웨이(30)로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신한 상기 관제 서버부(40)는 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보를 화면에 출력하며, 메모리 영역에 저장하는 한편, 철도 시설물 상태 감지 정보를 실시간으로 확인하여(S130), 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지 및 경고음을 출력한다(S140).
한편, 상기한 단계 S140에서 상기 관제 서버부(40)는 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위해 기설정된 이동통신 단말기로 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지를 SMS 송신한다.
또 한편으로는, 상기한 단계 S140에서 상기 관제 서버부(40)는 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지를 유/무선통신망을 통해 방재 기관의 시스템, 운행 열차 또는 안전 이상 발생 위치 주변 도로를 운행하는 차량에 구비된 통신 단말로 통보한다.
본 발명에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 시스템 및 방법은, 철도 시설물에 근거리무선통신 기반의 철도 시설물 안전 이상 발생 감지를 위한 센서 네트워크를 구축하여 원격지에서 실시간으로 철도 시설물의 안전 이상 발생 여부를 감시함으로써, 철도 사고로 인한 피해를 사전에 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 사고 발생시 신속히 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 시설물 안전 모니터링 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10: 센서 노드 20: 싱크 노드
30: 게이트웨이 40: 관제 서버부

Claims (11)

  1. 철도 시설물에 설치되어 철도 시설물의 상태를 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리무선통신 신호 처리하여 송출하는 다수 개의 센서 노드와;
    상기 각 센서 노드로부터 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수집하여 송출하는 싱크 노드와;
    상기 싱크 노드에서 송출된 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 감지 정보를 이동통신 신호 처리하여 송출하는 게이트웨이와;
    상기 게이트웨이로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하고, 수신된 감지 정보를 출력 및 메모리 영역에 저장하는 한편, 수신된 철도 시설물 상태 감지 정보의 수치를 확인하여, 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에는 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 관제 서버부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 센서 노드는,
    전력선의 처짐 정도, 레일의 변형/진동/온도 정도, 교량의 거동 정도, 교각의 세굴 정도, 터널의 진동 정도 또는 연약지반/사면의 거동 정도를 감지하여 상기 철도 시설물 상태 감지 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 센서 노드는,
    각각 변형률 센서, 레이저 센서, 가속도 센서, 온도 센서 및 세굴 센서 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관제 서버부는,
    상기 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 상기 관제 서버부에서 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위해 기설정된 이동통신 단말기로 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지를 SMS 송신하는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관제 서버부는,
    상기 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위한 경고 메시지를 유/무선통신망을 통해 방재 기관의 시스템, 운행 열차 또는 안전 이상 발생 위치 주변 도로를 운행하는 차량에 구비된 통신 단말로 통보하는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지는,
    상기 관제 서버부에 기설정된 기준값을 초과하는 수치의 철도 시설물 상태 감지 정보를 전송한 센서 노드의 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 시스템.
  7. 철도 시설물에 설치된 각 센서 노드에서 철도 시설물의 상태를 감지하여 감지된 철도 시설물 상태 감지 정보를 근거리무선통신 신호 처리하여 상기 싱크 노드로 전송하는 단계와;
    상기 각 센서 노드로부터 전송되는 철도 시설물 상태 감지 정보를 수집하고, 수집된 감지 정보를 이동통신 신호 처리하여 관제 서버부로 전송하는 단계와;
    상기 관제 서버부에서 상기 게이트웨이로부터 철도 시설물 상태 감지 정보를 수신하여 출력 및 저장하는 한편, 수신된 감지 정보의 수치를 확인하는 단계와;
    상기 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 상기 관제 서버부에서 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위해 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 철도 시설물 상태 감지 정보는,
    전력선의 처짐 정도, 레일의 변형/진동/온도 정도, 교량의 거동 정도, 교각의 세굴 정도, 터널의 진동 정도, 연약지반 및 사면의 거동 정도 감지 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 단계는,
    상기 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 상기 관제 서버부에서 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리기 위해 기설정된 이동통신 단말기로 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지를 SMS 송신하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 방법.
  10. 상기 경고 메시지 및 경고음을 출력하는 단계는,
    상기 확인된 수치가 기설정된 기준값을 초과하는 경우에, 철도 시설물 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지를 유/무선통신망을 통해 방재 기관의 시스템, 운행 열차 또는 안전 이상 발생 위치 주변 도로를 운행하는 차량에 구비된 통신 단말로 통보하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 안전 이상 발생을 알리는 경고 메시지는,
    상기 관제 서버부에 기설정된 기준값을 초과하는 수치의 철도 시설물 상태 감지 정보를 전송한 센서 노드의 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 시설물 안전 모니터링 방법
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