KR20130034322A - 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 머신비전 기반기술을 이용하여 전차선의 높이, 편위, 및 마모를 검측하기 위한 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템은 철도차량에 전기를 공급하는 전차선의 상태를 측정하는 전차선 측정시스템으로서, 상기 전차선의 영상을 촬영하는 촬영부와, 상기 촬영부에서 촬영되는 영상에서 상기 전차선이 명확히 촬영되도록 빛을 조사하여 상기 전차선을 마킹하는 마킹부를 포함하는 전차선영상취득부, 및 상기 전차선영상취득부에서 촬영된 영상에서 상기 마킹부에 의해 마킹된 상기 전차선을 추출하는 전차선추출부와, 상기 전차선추출부에서 추출된 상기 전차선의 정보를 기초로 상기 전차선의 상태를 분석하는 데이터분석장치를 포함하는 전차선영상분석부를 포함한다. 따라서, 전차선의 높이, 편위 및 마모량을 함께 측정할 수 있으며, 고속으로 주행하는 철도차량에 설치하여 실시간으로 전차선의 상태를 파악할 수 있다.

Description

머신비전을 이용한 전차선 측정시스템{Measuring system for height and stagger and wear of catenary using machine vision}
본 발명은 머신비전 기반기술을 이용하여 전차선의 높이, 편위, 및 마모를 검측하기 위한 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기모터로 구동하는 철도차량에는 레일의 상부에 철도차량에 전기를 공급하는 전차선이 설치된다.
전차선은 레일과 나란하게 설치되며, 철도차량에 구비되어 전차선과 접촉되는 팬터그래프의 일부에 국부적인 마모를 방지하기 위해 철도차량의 좌,우 폭의 범위 내에서 지그재그의 갈지자 형태로 설치된다.
이러한, 전차선은 전기철도 시설규정에 따라 건축한계를 초과하지 않도록 일정한 높이와 편위를 갖도록 시공되며, 전차선의 높이와 편위가 변화될 경우, 전차선 또는 팬터그래프의 이상 마모 및 전차선이 파손이 발생하기 때문에 지속적인 유지보수 작업이 필요하다.
이러한 유지보수 작업을 용이하게 수행하기 위해 종래에는 한국공개특허 제10-2011-62211호(공개일자 2011.06.10)의 "라인스캔 카메라를 이용한 전차선 높이 및 편위 검측장치 및 그 방법"이 개시된 바가 있다.
종래의 라인스캔 카메라를 이용한 전차선 높이 및 편위 검측장치는 전차선을 스캔하여 이미지를 획득하는 두개의 라인스캔 카메라 및 상기 두개의 라인스캔 카메라를 전차선을 기준으로 각각 좌,우에 위치하도록 열차상부에 고정되는 지그를 포함하는 측정부, 열차의 진동, 기울기 및 상기 라인스캔 카메라의 기울기 등을 보정하기 위한 감지신호를 출력하는 센서부, 및 상기 감지신호에 따라 상기 라인스캔 카메라로부터 획득된 이미지를 보정하여 얻은 픽셀값으로부터 전차선의 위치를 검출하고, 라인스캔 카메라와 검출된 전차선과의 각도를 추적하여 전차선의 높이 및 편위를 측정하고, 연속적으로 측정된 전차선의 높이 및 편위를 모니터상에 그래프로 표시하는 영상처리장치를 포함하여 구성된다.
이렇게 구성된 종래의 라인스캔 카메라를 이용한 전차선 높이 및 편위 검측장치는 라인스켄카메라로 전차선을 촬영하고, 센서부의 정보 및 획득된 이미지로부터 전차선의 위치를 검출하며, 라인스캔 카메라와 검출된 전차선의 각도를 추적하는 형태로 전차선의 높이 및 편위를 측정하였다.
하지만, 종래의 라인스캔 카메라를 이용한 전차선 높이 및 편위 검측장치는 카메라와 전차선이 이루는 각도를 측정하기 위해 여러 가지의 센서가 필요하여 구성이 복잡하며, 전차선의 높이와 편위만 측정할 수 있기 때문에 전차선의 마모량을 측정하기 난해한 문제점이 있었다.
또한, 센서의 정보와 카메라의 획득된 이미지를 조합하여 전차선 높이 및 편위를 측정하기 때문에 전차선 측정에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전차선의 높이, 편위 및 마모량을 모두 측정할 수 있으며, 오차범위가 최소화 되도록 정확하고 빠르게 전차선의 상태를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 고속으로 주행하는 철도차량에 설치하여 전차선의 상태를 측정할 수 있는 전차선 측정시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템은 철도차량에 전기를 공급하는 전차선의 상태를 측정하는 전차선 측정시스템으로서, 상기 전차선의 영상을 촬영하는 촬영부와, 상기 촬영부에서 촬영되는 영상에서 상기 전차선이 명확히 촬영되도록 빛을 조사하여 상기 전차선을 마킹하는 마킹부를 포함하는 전차선영상취득부, 및 상기 전차선영상취득부에서 촬영된 영상에서 상기 마킹부에 의해 마킹된 상기 전차선을 추출하는 전차선추출부와, 상기 전차선추출부에서 추출된 상기 전차선의 정보를 기초로 상기 전차선의 상태를 분석하는 데이터분석장치를 포함하는 전차선영상분석부를 포함한다.
상기 촬영부는 복수 개의 카메라로 구성되고, 상기 복수 개의 카메라는 서로 이격된 상태에서 인접한 둘 이상의 카메라가 상기 전차선을 중첩되도록 촬영할 수 있다.
상기 복수 개의 카메라는 제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라 및 제4 카메라일 수 있다.
상기 마킹부는 복수 개의 레이저로 구성되고, 상기 복수 개의 레이저는 서로 이격된 상태에서 인접한 레이저와 서로 중첩되도록 상기 전차선을 마킹할 수 있다.
상기 복수 개의 레이저는 제1 레이저, 제2 레이저 및 제3 레이저일 수 있다.
상기 데이터분석장치는 상기 전차선의 상태 중 상기 전차선의 높이(x)와 상기 전차선의 변위(y)는 하기의 수학식으로 측정될 수 있다.
Figure pat00001
(여기서, θl는 전차선을 중첩촬영한 어느 하나의 카메라와 전차선이 이루는 각도, θr는 전차선을 중첩촬영한 어느 하나의 카메라와 인접한 다른 하나의 카메라와 전차선이 이루는 각도, d는 전차선을 중첩 촬영한 두 개의 카메라의 사이 거리임).
상기 데이터분석장치는 상기 전차선의 상태 중 상기 전차선의 마모된 두께(B)는 하기의 수학식으로 측정될 수 있다.
Figure pat00002
(여기서, A는 마모 전 전차선의 두께이며, W는 전차선의 마모부위의 길이임).
상기 전차선추출부는 상기 촬영부에서 촬영된 영상의 노이즈 제거 및 화질을 보정하는 단계, 상기 노이즈 제거 및 화질을 보정하는 단계에서 보정된 영상의 픽셀에 대한 명암비를 계산하여 상기 전차선의 부분만을 추출하는 단계, 상기 전차선의 부분만을 추출하는 단계에서 추출된 상기 전차선의 영상을 이진화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이터분석장치는 상기 전차선의 상태를 분석한 데이터를 저장하는 저장매체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전차선을 마킹하여 촬영된 영상으로 전차선의 편위, 높이 및 마모량을 측정할 수 있으며, 복수 개의 레이저가 중첩되도록 마킹하는 동시에 복수 개의 카메라가 중첩하여 전차선을 촬영함으로써, 전차선의 상태를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
또한, 전차선의 영상을 빠르게 분석할 수 있어 고속으로 주행하는 철도차량에 설치하여 실시간으로 신속하게 전차선의 상태를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템을 철도차량에 설치한 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템의 전차선영상취득부를 개략적으로 도시한 정면도로서, 촬영부가 촬영하는 영역을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템의 전차선영상취득부를 개략적으로 도시한 정면도로서, 마킹부가 마킹하는 영역을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템이 전차선의 높이 및 편위 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템이 전차선의 마모량 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템에 의해 촬영된 전차선을 개략적으로 도시한 도면으로서, 일측에는 전차선의 촬영된 영상을 도시하고, 타측에는 전차선의 단면을 도시하였다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템의 동작상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템(100)은 전차선영상취득부(110)를 포함할 수 있다. 이 전차선영상취득부(110)는 전차선(210)의 하부에서 전차선(210)을 촬영하는 형태로 전차선(210)의 영상을 취득할 수 있다.
한편, 전차선영상취득부(110)는 촬영부(120)와 마킹부(130)를 포함할 수 있다. 촬영부(120)는 전차선(210)의 영상 더 구체적으로는 전차선(210)의 하부를 촬영하는 것으로서, 복수 개의 카메라(121,122,123,124)로 구성될 수 있다.
이때, 복수 개의 카메라(121,122,123,124)는 철도차량(230)의 좌,우 방향 즉, 철도차량(230)의 폭 방향으로 서로 일정간격 이격되도록 구비되며, 복수 개의 카메라(121,122,123,124)는 인접한 둘 이상의 카메라가 중첩하여 전차선(210)을 촬영하도록 구성될 수 있다.
여기서, 카메라(121,122,123,124)를 복수 개가 중첩되도록 구성함으로써, 철도레일을 따라 지그재그로 설치되는 전차선(210)의 위치에 따라 정확한 영상을 촬영하고, 전차선(210)의 위치에 따른 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 카메라(121,122,123,124)는 고속으로 촬영 가능한 고속촬영카메라일 수 있다.
그리고, 카메라(121,122,123,124)는 영상을 촬영하는 이미지센서(CCD)와 이미지센서에 전차선(210)의 초점을 맞추는 렌즈로 구성되고, 이미지센서에서 촬영된 영상은 픽셀(pixel)단위로 구성될 수 있음은 물론이다.
실시예에서의 카메라는 네 개의 카메라(121,122,123,124) 즉, 제1 카메라(121), 제2 카메라(122), 제3 카메라(123) 및 제4 카메라(124)가 철도차량(230)의 폭 방향으로 서로 일정간격 이격되도록 설치되고, 인접한 카메라(121,122,123,124) 끼리는 전차선(210)을 중첩하여 촬영하도록 구성하였다(도 3참조).
마킹부(130)는 촬영부(120)에서 촬영되는 영상에 전차선(210)을 명확히 구별할 수 있도록 전차선(210)을 마킹(marking) 더 구체적으로 전차선(210)의 마모된 부분을 마킹할 수 있다.
한편, 마킹부(130)는 전차선(210)의 하부에서 전차선(210)에 빛을 조사(照射)하는 형태로 전차선(210)을 마킹할 수 있다. 즉, 마킹부(130)는 전차선(210)에 빛을 조사하여 전차선(210)에서 반사되는 빛을 촬영부(120)가 촬영하는 형태로 촬영부(120)가 촬영되는 영상에서 전차선(210)을 마킹할 수 있다(도 7 참조).
이때, 전차선(210)은 철도차량(230)의 팬터그래프와 접촉되는 부분이 마찰되어 마모가 발생되고, 마모가 발생된 부분이 팬터그래프와 마찰로 인해 표면이 균일해지기 때문에 빛의 반사율이 높아 마킹부(130)에 의해 마킹되는 전차선의 부분
그리고, 마킹부(130)는 빛을 증폭하여 조사하는 레이저로 구현될 수 있고, 복수 개의 레이저(131,132,133)로 구성되어 지그재그로 구비된 전차선(210)의 위치에 따라 적어도 둘 이상이 레이저가 전차선(210)을 마킹하도록 구성될 수 있다.
실시예에서는 세 개의 레이저(131,132,133) 즉, 제1 레이저(131), 제2 레이저(132), 및 제3 레이저(133)로 구성하고, 세 개의 레이저(131,132,133)는 인접한 레이저와 중첩되어 전차선(210)을 마킹하도록 구성하였으며, 세 개의 레이저(131,132,133)는 각각 네 개의 카메라(121,122,123,124) 사이 사이에 배치되도록 구성하였다(도 4 참조).
이렇게 레이저(131,132,133)를 복수 개로 서로 중첩하여 빛을 조사하도록 구성함으로써, 촬영부(120)에서 촬영되는 영상에서 전차선(210)을 명확하게 마킹할 수 있다.
또한, 복수 개의 레이저(131,132,133)를 구비하여 하나의 레이저에서 방출되는 레이저(131,132,133)의 출력량을 감소시킴으로써, 레이저(131,132,133)의 출력으로 인한 인체에 발생되는 피해를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 촬영되는 영상의 마킹의 밝기를 일정하게 할 수 있으므로 촬영된 영상에서 전차선(210)의 영상을 정확히 추출하여 전차선(210) 상태의 오차를 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템(100)은 전차선영상분석부(150)를 포함할 수 있다.
이 전차선영상분석부(150)는 전차선영상취득부(110)에서 촬영된 영상을 기초로 전차선(210)의 상태를 측정할 수 있다. 여기서, 전차선영상분석부(150)에서 측정되는 전차선(210)의 상태는 전차선(210)의 높이, 전차선(210)의 편위 및 전차선(210)의 마모량이고, 전차선(210)의 편위는 철도선로를 중심으로 가설된 전차선(210)의 좌,우로 편중된 위치를 의미한다.
한편, 전차선영상취득부(110)는 전차선추출부(160)와 데이터분석장치(170)를 포함할 수 있다.
전차선추출부(160)는 전차선영상취득부(110)에서 촬영된 영상에서 전차선(210)의 영상만을 추출하는 형태로 전차선(210)의 정보를 추출할 수 있다.
한편, 전차선추출부(160)는 전차선영상취득부(110) 더 구체적으로는 촬영부(120)에서 촬영된 영상에서 노이즈를 제거 및 촬영된 영상의 화질을 예컨대, 선명하게 보정하거나 명암비를 조절하는 형태로 보정할 수 있다.
그리고, 전차선추출부(160)는 노이즈 제거 및 화질이 보정된 영상에서 픽셀의 명암비의 차이를 계산하여 전차선(210)의 영상만을 추출할 수 있다.
예컨대, 임의로 설정된 명암비를 기준으로 복수 개의 픽셀로 구성된 영상에서 인접한 픽셀과 비교하여 설정된 명암비보다 크거나 작은 경우, 그 부분을 전차선(210)으로 판단하는 형태로 전차선(210)의 영상만을 추출할 수 있다.
즉, 촬영부(120)에서 촬영된 영상은 마킹부(130)에 의해 전차선(210)이 마킹되어 촬영되기 때문에 주변과 명암비가 확연하게 차이가 발생하므로 이러한 명암비의 차이를 계산하는 형태로 촬영된 영상에서 전차선(210)의 영상만을 추출할 수 있다.
그리고, 전차선추출부(160)는 촬영된 영상에서 추출된 전차선(210)의 영상을 기초로 전차선(210)의 상태를 용이하게 계산할 수 있도록 전차선(210)의 영상을 컴퓨터가 처리할 수 있는 신호로 이진화(이진법으로 변환)할 수 있다.
한편, 전차선추출부(160)는 영상 신호를 디지털화하여 컴퓨터가 처리할 수 있는 신호로 변환하는 공지된 프레임 그래버(frame grabber)로 구현될 수 있다.
데이터분석장치(170)는 전차선추출부(160)에서 이진화된 전차선(210)의 영상을 분석하여 전차선(210)의 상태를 측정할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 데이터분석장치(170)는 전차선(210)의 상태 중 전차선(210)의 높이 및 전차선(210)의 변위를 측정할 수 있다.
전차선(210)의 높이를 측정할 때에는 삼각함수를 이용하여 다음과 같은 수학식 1내지 수학식 5로 측정된다.
참고로, 실시예에서는 제1 카메라(121)와 제2 카메라(123)가 전차선(210)을 중첩하여 촬영한 것을 가정하여 전차선(210)의 높이 및 전차선(210)의 변위를 측정하는 것을 예를 들어 설명한다.
Figure pat00003
여기서, θ1는 제1 카메라(121)의 렌즈(121b)에서 이미지센서(121a)로 전차선(210)이 입사되는 각도, FL1는 제1 카메라(121)의 렌즈(121b)와 이미지센서(121a)의 거리, SL1는 제1 카메라(121)의 렌즈(121b)와 수직된 부분의 이미지센서(121a)의 픽셀에서부터 이미지센서(121a)에 촬영된 전차선(210)의 픽셀까지의 거리, θ2는 제2 카메라(122)의 렌즈(122b)에서 이미지센서(122a)로 전차선(210)이 입사되는 각도, FL2는 제2 카메라(122)의 렌즈(122b)와 이미지센서(122a)와의 거리, SL2는 제2 카메라(122)의 렌즈(122b)와 수직된 부분의 이미지센서(122a)의 픽셀에서부터 이미지센서(122a)에 촬영된 전차선(210)의 픽셀까지의 거리이다.
수학식 1에서와 같이, 제1 카메라(121) 및 제2 카메라(122)의 이미지센서(121a,122a)에 촬영되는 전차선(210)과, 이미지센서(121a,122a)와 렌즈(122b,122b) 사이의 거리를 이용하여 θ1 및 θ2의 값을 계산한다.
Figure pat00004
여기서, θl는 제1 카메라(121)의 렌즈(121b)와 전차선(210)이 이루는 각도, θr는 제2 카메라(122)의 렌즈(122b)와 전차선(210)이 이루는 각도이다.
수학식 2에서와 같이, θ1 및 θ2의 값으로 θl, θr의 값을 계산한다.
Figure pat00005
여기서, x는 전차선(210)의 변위, y는 전차선(210)의 높이, d는 제1 카메라(121)와 제2 카메라(122) 사이의 거리이다.
한편, θr는 삼각함수에 의해 수학식 3과 같이도 계산할 수 있으며, 수학식 3을 이용하여 수학식 4를 도출한다.
Figure pat00006
상기한 수학식 1 내지 수학식 3으로 수학식 4를 도출하여 전차선(210)의 변위(x)를 측정할 수 있다.
Figure pat00007
상기한 수학식 1 내지 수학식 3으로 수학식 5를 도출하여 전차선(210)의 높이(y)를 측정할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 데이터분석장치(170)는 전차선(210)의 상태 중 전차선(210)의 마모량을 측정할 수 있다.
전차선(210)의 마모량은 수학식 6 및 수학식 7로 측정될 수 있다. 여기서, 전차선(210)은 철도차량(230)의 전원을 공급하는 팬터그래프와 접촉되는 부분의 단면은 원형으로 형성되며, 전차선(210)의 양측에는 전차선(210)을 브래킷에 장착할 수 있는 홈(211)이 형성되는 형태로 구성될 수 있다.
Figure pat00008
여기서, OH는 전차선(210)의 원형 단면의 중앙으로부터 마모된 부분까지의 거리이고, W는 전차선(210)의 마모된 폭이다.
수학식 6과 같은 식으로 수학식 7을 도출할 수 있으며, 전차선의 마모된 폭(W)는 촬영된 영상에서 추출된 전차선 영상에서 얻을 수 있다(도 8 참조).
Figure pat00009
여기서, A는 마모되기 전 전차선(210)의 두께이다.
상기한 수학식 7을 이용하여 마모된 전차선(210)의 두께(B)를 구하는 형태로 전차선(210)의 마모량을 측정할 수 있다.
따라서, 데이터분석장치(170)는 촬영된 영상에서 추출된 전차선(210)의 영상을 이용하여 수학식 1 내지 수학식 7에 의해 전차선(210)의 상태 예컨대, 전차선(210)의 높이, 전차선(210)의 변위, 전차선(210)의 마모량을 측정할 수 있다.
그리고, 상기한 수학식에 의해 전차선(210)의 상태를 빠르게 측정할 수 있으므로 300km/h로 주행하는 고속철도에 전차선 측정시스템(100)을 설치하여 전차선(210)의 상태를 측정할 수 있다.
한편, 전차선영상분석부(150)는 저장매체(173)를 더 포함할 수 있다. 이 저장매체(173)는 전차선(210)의 상태를 저장하여 저장된 전차선(210)의 상태의 정보를 기초로 전차선(210)을 보수하거나 전차선(210)을 관리하는 데에 사용할 수 있다.
여기서, 저장매체(173)는 공지된 하드디스크, DVD, CD, 또는 메모리카드로 구현될 수 있다.
그리고, 전차선영상분석부(150)는 디스플레이(171)를 더 포함할 수 있다. 이 디스플레이(171)는 LCD로 구현되어 데이터분석장치(170)에서 분석된 전차선(210)의 상태를 시각적 예컨대, 그래프 또는 문자 등으로 실시간으로 표시할 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템(100)은 전차선(210)의 측정이 용이하도록 전차선영상취득부(110)가 철도차량(230)의 상부에 노출되는 형태로 설치된다. 이때, 전차선영상취득부(110)는 서로 인접한 카메라와 전차선(210)을 중첩하여 촬영하도록 네 개의 카메라(121,122,123,124)가 서로 이격되는 형태로 촬영부(120)가 설치되고, 네 개의 카메라(121,122,123,124)로 구성된 촬영부(120)의 사이 사이에 세 개의 레이저(131,132,133)가 각각 전차선(210)을 중첩 마킹하도록 마킹부(130)가 설치된다.
이렇게 구성된 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템(100)은 도 8에 도시된 바와 같이, 철도차량(230)이 주행하면서, 마킹부(130)가 빛을 조사하여 전차선(210)을 마킹하고, 마킹된 영상을 촬영부(120)가 촬영한다.
그리고, 촬영부(120)에 촬영된 영상은 전차선영상분석부(150)의 전차선추출부(160)에서 촬영된 영상에서 노이즈 제거 및 화질을 보정하고, 촬영된 영상에서 픽셀의 명암비를 계산하여 마킹부(130)에서 마킹된 전차선의 영상만을 추출한다(도 8 참조).
그리고, 전차선추출부(160)에서 추출된 전차선(210)의 영상을 이진화하여 데이터분석장치(170)로 정보를 전송하고 데이터분석장치(170)는 수학식을 이용하여 전차선(210)의 높이, 전차선(210)의 편위, 전차선(210)의 마모량 등의 전차선(210)의 상태를 측정한다.
따라서, 본 발명의 머신비전을 이용한 전차선 측정시스템(100)은 전차선(210)의 상태를 정확하고 용이하게 측정할 수 있으며, 전차선(210)의 다양한 상태를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 빠른 속도로 전차선(210)의 상태를 측정할 수 있기 때문에 고속열차에도 설치할 수 있다.
또한, 복수 개의 카메라((121,122,123,124) 및 복수 개의 레이저(131,132,133)가 중첩하는 형태로 전차선(210)을 마킹 및 전차선(210)의 영상을 촬영하여 전차선(210)의 상태에 대한 오차를 최소화할 수 있다.
또한, 고속 주행하는 철도차량(230)에 설치하여 실시간으로 전차선(210)에 대한 정보를 분석할 수 있기 때문에 전차선(210)의 이상에 따른 빠른 보수가 가능하여 전차선(210)에 의한 안전사고의 발생을 예방할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 전차선 측정시스템 110: 전차선영상취득부
120: 촬영부 121: 제1 카메라
121a, 122a: 이미지 센서 121b, 122b: 렌즈
122: 제2 카메라 123: 제3 카메라
124: 제4 카메라 130: 마킹부
131: 제1 레이저 132: 제2 레이저
133: 제3 레이저 150: 전차선영상분석부
160: 전차선추출부 170: 데이터분석장치
171: 디스플레이 173: 저장매체
210: 전차선 230: 철도차량

Claims (9)

  1. 철도차량에 전기를 공급하는 전차선의 상태를 측정하는 전차선 측정시스템으로서,
    상기 전차선의 영상을 촬영하는 촬영부와,
    상기 촬영부에서 촬영되는 영상에서 상기 전차선이 명확히 촬영되도록 빛을 조사하여 상기 전차선을 마킹하는 마킹부를 포함하는
    전차선영상취득부, 및
    상기 전차선영상취득부에서 촬영된 영상에서 상기 마킹부에 의해 마킹된 상기 전차선을 추출하는 전차선추출부와,
    상기 전차선추출부에서 추출된 상기 전차선의 정보를 기초로 상기 전차선의 상태를 분석하는 데이터분석장치를 포함하는
    전차선영상분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는
    복수 개의 카메라로 구성되고,
    상기 복수 개의 카메라는 서로 이격된 상태에서 인접한 둘 이상의 카메라가 상기 전차선을 중첩되도록 촬영하는 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 카메라는
    제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라 및 제4 카메라인 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마킹부는
    복수 개의 레이저로 구성되고,
    상기 복수 개의 레이저는 서로 이격된 상태에서 인접한 레이저와 서로 중첩되도록 상기 전차선을 마킹하는 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 레이저는
    제1 레이저, 제2 레이저 및 제3 레이저인 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 데이터분석장치는
    상기 전차선의 상태 중 상기 전차선의 높이(x)와 상기 전차선의 변위(y)는 하기의 수학식으로 측정되는 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템
    Figure pat00010

    (여기서, θl는 전차선을 중첩촬영한 어느 하나의 카메라와 전차선이 이루는 각도, θr는 전차선을 중첩촬영한 어느 하나의 카메라와 인접한 다른 하나의 카메라와 전차선이 이루는 각도, d는 전차선을 중첩 촬영한 두 개의 카메라의 사이 거리임).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 데이터분석장치는
    상기 전차선의 상태 중 상기 전차선의 마모된 두께(B)는 하기의 수학식으로 측정되는 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템
    Figure pat00011

    (여기서, A는 마모 전 전차선의 두께이며, W는 전차선의 마모부위의 길이임).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전차선추출부는
    상기 촬영부에서 촬영된 영상의 노이즈 제거 및 화질을 보정하는 단계,
    상기 노이즈 제거 및 화질을 보정하는 단계에서 보정된 영상의 픽셀에 대한 명암비를 계산하여 상기 전차선의 부분만을 추출하는 단계,
    상기 전차선의 부분만을 추출하는 단계에서 추출된 상기 전차선의 영상을 이진화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 데이터분석장치는
    상기 전차선의 상태를 분석한 데이터를 저장하는 저장매체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선 측정시스템.
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