KR20130130917A - 열차위치 검지 시스템 - Google Patents

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Abstract

열차위치 검지 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은 열차에 제공되며, 복수의 실시간 위치추적(RTLS) 리더에 자신의 고유 아이디(ID)를 포함하는 제1데이터를 송신하는 RTLS 태그, 선로 변에 설치되고, 상기 RTLS 태그가 송신한 상기 제1데이터를 수신하여, 자신의 고유 ID를 상기 제1데이터에 부가한 제2데이터를 위치 검지부에 송신하는 상기 복수의 RTLS 리더, 상기 선로의 좌표와 상기 복수의 RTLS 리더의 좌표를 저장하는 저장부, 상기 복수의 RTLS 리더 중 두 개의 RTLS 리더로부터 수신한 제2데이터를 참조로 하여, 상기 두 개의 RTLS 리더의 좌표 및 상기 선로의 좌표를 이용하여 상기 RTLS 태그가 제공되는 열차의 위치를 검지하는 상기 위치 검지부를 포함한다.

Description

열차위치 검지 시스템{THE SYSTEM FOR MEASURING THE TRAIN LOCATION}
본 발명은 열차위치 검지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실시간 위치추적(Real Time Locating System; RTLS) 기술을 이용한 열차의 위치 시스템에 관한 것이다.
열차를 안전하게 운행하기 위해서는 열차 선로의 전체 궤도 내에서 운행되는 모든 열차의 위치 파악이 필수적이다. 종래의 열차위치 검지 방식으로 궤도회로 방식과 트랜스폰더(Transponder)및 이동거리 계산을 이용하여 위치를 측정하는 방식이 있다.
열차의 충돌이나 추돌을 방지하기 위해 선로를 일정 구간으로 나누어, 그 구간에는 한 대의 열차만 진입할 수 있도록 하는 방식을 폐색방식이라 하며, 그 구간을 폐색구간이라 한다. 폐색구간의 열차 유무는 궤도회로를 통해 검지한다.
궤도회로 방식은 폐색 구간의 한쪽 끝에는 송신기를, 다른 한쪽 끝에는 수신기를 설치하여, 송신기에서 선로에 전류 형태의 열차 검지 신호를 흘려 보내면 수신기가 이를 수신하는 방식이다.
즉, 폐색구간 내에 열차가 존재하면 열차의 차축을 포함하여 루프(Loop)가 형성되어 전기적으로 절연이 발생하여, 수신기 쪽에서 열차 검지 신호의 레벨 변화를 검지하여 폐색 구간의 열차 유무를 검지할 수 있다.
그러나, 이러한 궤도회로 방식에서는 선로의 폐색구간 내에 한대의 열차만 진입하여야 하기 때문에 하나의 열차가 폐색구간을 완전히 빠져나가기 전에는 후방의 열차가 진입할 수 없다. 따라서 운행 가용성 및 선로 용량 증가에 제한이 발생하는 문제점이 있다.
또한 정확한 열차의 위치를 파악하는 것이 불가능하기 때문에 열차의 위치 정밀도를 높이기 위해서는 폐색구간의 길이를 짧게 하여야 한다. 따라서 폐색구간의 수 및 궤도회로의 수가 증가할 수 밖에 없어 설치 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
트랜스폰더 및 이동거리 계산을 이용하여 위치를 측정하는 방식은, 먼저 열차의 바퀴에 설치된 타코미터의 회전을 통해 열차의 이동거리를 계산한다. 다음으로 열차가 선로를 따라 주행하며 선로에 설치된 트랜스폰더 위를 지날 때, 열차는 트랜스폰더를 검지한 시점에 이동거리를 초기화한다.
각각의 트랜스폰더는 고유의 식별 번호 및 설치 위치(절대 좌표)를 저장하고 있어, 열차는 트랜스폰더를 기준으로 이동 거리를 계산하여 위치 검지부에 트랜스폰더 식별 번호와 이동 거리를 전송한다. 위치 검지부는 트랜스폰더의 식별 번호와 트랜스폰더 기준으로 이동한 거리를 종합하여 열차의 위치를 파악한다.
그러나, 이 방식은 절대적으로 열차에서 수집된 정보를 신뢰해야 하며, 타코미터나 트랜스폰더의 고장이나 오작동시에는 열차의 정확한 위치를 검지할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 선로 변의 지정된 위치에 설치된 복수의 RTLS 리더(Reader)와 열차에 제공된 RTLS 태그(Tag)를 이용하여 열차의 정확한 위치를 검지하는 열차위치 검지 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 열차위치 검지 시스템은, 열차에 제공되며, 복수의 실시간 위치추적(RTLS) 리더에 자신의 고유 아이디(ID)를 포함하는 제1데이터를 송신하는 RTLS 태그, 선로 변에 설치되고, 상기 RTLS 태그가 송신한 상기 제1데이터를 수신하여, 자신의 고유 ID를 상기 제1데이터에 부가한 제2데이터를 위치 검지부에 송신하는 상기 복수의 RTLS 리더, 상기 선로의 좌표와 상기 복수의 RTLS 리더의 좌표를 저장하는 저장부, 상기 복수의 RTLS 리더 중 두 개의 RTLS 리더로부터 수신한 제2데이터를 참조로 하여, 상기 두 개의 RTLS 리더의 좌표 및 상기 선로의 좌표를 이용하여 상기 RTLS 태그가 제공되는 열차의 위치를 검지하는 상기 위치 검지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열차위치 검지 시스템의 상기 RTLS 태그는, 자신의 고유 ID를 저장하는 제1기억부, 자신의 고유 ID를 포함하는 제1데이터를 생성하는 제1연산부, 상기 제1데이터를 상기 복수의 RTLS 리더에 송신하는 제1무선 통신부, 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열차위치 검지 시스템의 상기 RTLS 리더는, 자신의 고유 ID를 저장하는 제2기억부, 상기 자신의 고유 ID를 상기 제1데이터에 포함하여 상기 제2데이터를 생성하는 제2연산부, 상기 제2데이터를 상기 위치 검지부에 송신하는 제2무선 통신부, 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열차위치 검지 시스템의 상기 위치검지부는, 상기 두개의 RTLS 리더의 좌표를 이용하여, 상기 RTLS 태그와 상기 두개의 RTLS 리더간의 거리를 이용하여 상기 RTLS 태그의 위치를 구하고, 이 중 상기 선로의 좌표와 가까운 값을 상기 RTLS 태그를 제공하는 열차의 위치로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은, 선로 변의 지정된 위치에 설치된 복수의 RTLS 리더와 열차에 제공된 RTLS 태그를 이용하여 열차의 위치를 검지함으로써, 보다 정확하고 안전하게 열차위치를 검지하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 RTLS 리더의 설치간격의 변경이 가능하므로, 열차위치 검지의 정밀도와 설치비용간 유연한 조정이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열차위치 검지 시스템의 일예시도이다.
도 2는 도 1의 RTLS 리더 및 RTLS 태그 일실시예 구성도이다.
도 3은 본 발명의 열차위치 검지 시스템에서 도착시간차(TDoA)를 이용하여 열차위치를 검지하는 것을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 열차위치 검지 시스템에서 도착시간(ToA)을 이용하여 열차위치를 검지하는 것을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 열차위치 검지 시스템은 선로 변의 지정된 위치에 설치된 복수의 RTLS 리더와 열차에 제공된 RTLS 태그를 이용하여 열차의 위치를 검지할 수 있다. 본 발명에 따른 열차위치 검지 시스템의 RTLS 리더 및 RTLS 태그는 유연하게 설치 변경을 할 수 있으며, 좁은 간격으로 설치하지 않아도 궤도회로와 비교하여 높은 해상도의 열차위치 검지가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 열차위치 검지 시스템의 일예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 열차위치 검지 시스템은, 열차 선로 변에 설치된 복수의 RTLS 리더(11, 12, 13), 열차에 제공되는 RTLS 태그(20) 및 위치검지부(30)를 포함한다.
본 발명에 따른 RTLS 기술을 이용한 열차위치 검지 시스템은 선로 변의 정해진 좌표에 설치된 복수의 RTLS 리더 중 열차와 가장 가까운 위치에 있는 복수의 RTLS 리더(11, 12, 13) 중 두 개의 RTLS 리더와 열차에 제공된 RTLS 태그(20)를 이용하여 열차의 위치를 검지한다. 도 1에서는 3개의 RTLS 리더(11, 12, 13)만이 도시되었으나, 이는 본 발명의 예를 설명하기 위한 것으로서, 복수의 RTLS 리더가 선로 변에 설치되어 있을 수 있음은 자명하다.
복수의 RTLS 리더(11, 12, 13)의 위치 정보는 이미 위치검지부(30)에 제공되어 있으며, 위치검지부(30)는 열차에 제공된 RTLS 태그(20)에서 송신한 신호 및 두 개의 RTLS 리더에서 수신한 시간차를 이용하여 열차에 제공된 RTLS 태그(20)의 위치를 추적한다.
도 2는 도 1의 RTLS 리더 및 RTLS 태그 일실시예 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 RTLS 리더(11, 12, 13) 및 RTLS 태그(20)는 전원부(40), 기억부(50), 연산부(60) 및 무선 통신부(70)를 포함한다.
RTLS 리더(11, 12, 13)의 전원부(40)는 예를 들어 배터리이다. 즉, RTLS 리더(11, 12, 13)는 배터리를 포함하여, 초기설치 및 설치의 변경이 용이하다.
RTLS 태그(20)의 전원부(40)는 예를 들어 배터리이다. 또한, RTLS 태그(20)의 전원부(40)는 열차에 제공되는 것이므로, 예를 들어 열차의 전원을 수신하여 RTLS 태그(20)에 전원을 제공한다.
RTLS 태그(20) 및 각각의 RTLS 리더(11, 12, 13)의 무선 통신부(70)에서 사용하는 무선 통신망은 열차 제어를 위한 통신기반의 열차제어시스템(Communication -Based Train Control)의 무선 통신망을 공유하여 사용하거나, 다른 주파수 대역을 사용하는 별도의 통신망이 될 수도 있음은 자명하다 할 것이다.
도 1 및 도2를 참조하면, 열차에 제공된 RTLS 태그(20)는 열차에 따른 고유의 ID(Identification Number)를 기억부(50)에 저장하고 있으며, 연산부(60)를 거쳐 자신의 ID를 제1데이터에 포함하도록 한 후, 무선 통신부(70)를 통해 주파수 상향 변환하여 RTLS 리더(11, 12, 13)에게 송신한다.
복수의 RTLS 리더(11, 12, 13)는 무선 통신부(70)를 통해 RTLS 태그(20) ID가 포함된 제1데이터를 수신한 후 주파수 하향 변환하여 연산부(60)에 전달한다. 각 RTLS 리더(11, 12, 13) 역시 설치된 위치에 따른 고유의 ID를 기억부(50)에 저장하고 있으며, 수신한 RTLS 태그(20) 정보와 시간 정보 및 자신의 ID를 종합하여 위치 검지부(30)로 전송한다.
위치 검지부(30)는 복수의 RTLS 리더(11, 12, 13)에서 수신한 RTLS 태그(20) 정보, 시간 정보 및 복수의 RTLS 리더 정보(제2 데이터)를 수신하여, 복수의 RTLS 리더 중 열차와 가장 근접한 거리에 있는 두 개의 RTLS 리더를 검색한다.
검색된 두 개의 RTLS 리더의 좌표를 이용하여, RTLS 태그(20)와 두 개의 RTLS 리더간의 거리를 이용하여 RTLS 태그(20)의 위치를 구하고, 이 중 선로의 좌표와 가까운 값을 RTLS 태그(20)를 제공하는 열차의 위치로 결정할 수 있다.
즉, 위치 검지부(30)의 저장부(도시되지 않음)에 데이터 베이스(database)화 하여 미리 제공한 선로의 좌표를 이용하여 RTLS 태그(20)가 제공되는 열차의 위치를 실시간으로 추적할 수 있다.
도 3은 종래의 열차위치 검지 시스템에서 도착시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 이용하여 열차위치를 검지하는 것을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3을 참조하면, RTLS 태그(20)가 제공된 열차의 좌표를 (x, y)로, 선로 주변에 설치된 세 개의 RTLS 리더(11, 12, 13)의 좌표를 각각 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)로, RTLS 태그(20)로부터 각 RTLS리더(11, 12, 13)와의 거리를 각각 d1, d2, d3라고 하는 경우, RTLS 태그(20)로부터 송신된 신호가 각 RTLS 리더(11, 12, 13)에 도착하는 시간 차이는 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
이 식은 쌍곡선의 형태로 도시될 수 있으며 쌍곡선의 교차점을 계산하면 이것이 곧 열차의 좌표(x, y)가 된다.
본 발명의 위치검지부(30)는 위와 같은 TDoA 방식이 아닌, 도착시간(ToA)을 이용하여 열차의 위치를 검지한다. 이에 의하면, 두 개의 RTLS 리더로부터 정보를 수신하여 위치를 검지하므로, 보다 간략한 방식에 의해 열차위치를 검지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 열차위치 검지 시스템에서 ToA를 이용하여 열차위치를 검지하는 것을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 위치검지부(30)는 두 개의 RTLS 리더로 열차의 위치를 검지한다.
RTLS 태그(20)가 제공된 열차의 좌표를 (x, y)로, 선로 주변에 설치된 두 개의 RTLS 리더의 좌표를 각각 (x1, y1), (x2, y2)로, RTLS 태그(20)로부터 각 RTLS 리더와의 거리를 각각 d1, d2로 하면, d1, d2는 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
이 식은 원의 형태로 도시될 수 있으며 두 원의 교차점을 계산하면 일반적으로 두 개의 값을 구할 수 있다. 계산된 두 개의 값과 저장부(도시되지 않음)에 데이터 베이스(database)화 하여 미리 제공한 선로의 좌표를 각각 비교하여, 위치 검지부(30)는 미리 제공한 선로의 좌표와 가장 가까운 거리에 있는 값을 열차의 좌표로 결정한다. 이를 위하여, 위치검지부(30)는 선로의 좌표를 저장하는 저장부(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 즉, 미리 제공한 선로의 좌표가 레퍼런스 역할을 하여 하나의 RTLS 리더를 대체할 수 있다.
이렇게 계산된 열차의 좌표는 미리 제공한 선로의 좌표와의 비교를 통해, 위치 검지부(30)에서 현재 열차가 선로 위의 어느 지점에 위치하고 있는지, 즉, 어떤 트랜스폰더로부터 얼마의 거리만큼 떨어져 있는지 환산할 수 있다.
또한, 본 발명인 열차위치 검지 시스템은 트랜스폰더와 타코미터의 이동 거리 계산을 이용하여 열차 위치 검지하는 기술과 병행하여, 열차 운행의 안전성을 높이기 위해 활용될 수 있다.
트랜스폰더와 타코미터의 이동 거리 계산을 이용하여 측정한 열차의 좌표와 본 발명인 RTLS 기술을 이용한 열차위치 검지를 통해 측정한 열차의 좌표를 위치 검지부(30)가 수신한다. 위치 검지부(30)는 수신한 열차의 좌표들을 상호 비교하여 미리 정의한 오차 허용치를 초과하면, 열차위치 검지가 실패하였다고 판단한다.
따라서, 위치 검지부(30)는 열차에 제동 명령을 전송하는 등의 적절한 대응을 할 수 있다. 미리 정의한 오차 허용치는 특정 값으로 정해지는 것은 아니며, 열차의 주변 상황 변화에 따라 사용자가 미리 정의한 오차 허용치를 변경하는 것이 가능하다. 오차 허용치는 위치 검지부(30)를 통해 사용자가 입력한다.
본 발명인 열차 위치 검지 시스템은 RTLS 리더의 설치 간격을 조절하여 열차 위치 검지의 정밀도와 설치 비용간의 효과적인 트레이드 오프(trade-off)가 가능하다.
열차의 위치를 정밀하게 추적할 필요가 있는 구간에서는 RTLS 리더의 설치 간격을 좁게 하여 열차 위치 검지의 정밀도를 높일 수 있고, 열차의 위치를 정밀하게 추적할 필요가 없는 구간에서는 RTLS 리더의 설치 간격을 넓게 하여 설치 비용을 줄일 수 있다. 즉, 열차 위치 검지 시스템을 효율적으로 운영하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
11 : RTLS 리더 1 12 : RTLS 리더 2
13 : RTLS 리더 3 20 : RTLS 태그
30 : 위치 검지부 40 : 전원부
50 : 기억부 60 : 연산부
70 : 무선 통신부

Claims (4)

  1. 열차에 제공되며, 복수의 실시간 위치추적(RTLS) 리더에 자신의 고유 아이디(ID)를 포함하는 제1데이터를 송신하는 RTLS 태그;
    선로 변에 설치되고, 상기 RTLS 태그가 송신한 상기 제1데이터를 수신하여, 자신의 고유 ID를 상기 제1데이터에 부가한 제2데이터를 위치 검지부에 송신하는 상기 복수의 RTLS 리더;
    상기 선로의 좌표와 상기 복수의 RTLS 리더의 좌표를 저장하는 저장부; 및
    상기 복수의 RTLS 리더 중 두 개의 RTLS 리더로부터 수신한 제2데이터를 참조로 하여, 상기 두 개의 RTLS 리더의 좌표 및 상기 선로의 좌표를 이용하여 상기 RTLS 태그가 제공되는 열차의 위치를 검지하는 상기 위치 검지부를 포함하는 열차위치 검지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RTLS 태그는,
    자신의 고유 ID를 저장하는 제1기억부;
    자신의 고유 ID를 포함하는 제1데이터를 생성하는 제1연산부;
    상기 제1데이터를 상기 복수의 RTLS 리더에 송신하는 제1무선 통신부; 및
    전원을 공급하는 전원부를 포함하는 열차위치 검지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 RTLS 리더는,
    자신의 고유 ID를 저장하는 제2기억부;
    상기 자신의 고유 ID를 상기 제1데이터에 포함하여 상기 제2데이터를 생성하는 제2연산부;
    상기 제2데이터를 상기 위치 검지부에 송신하는 제2무선 통신부; 및
    전원을 공급하는 전원부를 포함하는 열차위치 검지 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위치 검지부는,
    상기 두 개의 RTLS 리더의 좌표를 이용하여, 상기 RTLS 태그와 상기 두 개의 RTLS 리더간의 거리를 이용하여 상기 RTLS 태그의 위치를 구하고, 이 중 상기 선로의 좌표와 가까운 값을 상기 RTLS 태그를 제공하는 열차의 위치로 결정하는 열차 위치 검지 시스템.
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KR102104255B1 (ko) 2019-02-07 2020-04-27 한국철도기술연구원 고정밀 열차 위치 정보 획득 및 처리 장치 및 그 방법

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KR102104255B1 (ko) 2019-02-07 2020-04-27 한국철도기술연구원 고정밀 열차 위치 정보 획득 및 처리 장치 및 그 방법

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