KR20140053908A - 차량 위치측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

위성의 시야에서 가려진 부분들을 포함하는 안내궤도상에서 움직이는 차량을 위한 위치측정 시스템으로서, 항법위성들의 관점에서 안내궤도를 따라서 전략적 위치들에 배치된 다수의 GNSS 수신기들과, 수신된 GNSS 신호들을 상기 안내궤도의 가려진 부분들을 따라서 재전송하는 GNSS 송신기들을 구비한다. 코드화된 목표들이 상기 안내궤도를 따라서 기지의 위치들에 배치된다. 차량 상의 GNSS 수신기는 항법위성들로부터 직접 전송되거나 또는 상기 안내궤도의 가려진 부분에 있을 때에는 상기 GNSS 송신기들로부터 재전송된 GNSS 신호들을 포착한다. 차량 상의 근접 센서는 코드화된 목표들을 검출한다. 탑재형 컴퓨터는 GNSS 신호들로부터 획득된 위치를 근접 센서로부터 획득된 위치와 동기화한다. 따라서 상기 차량은 터널과 같은 가려진 위치에서도 그의 위치를 정확하게 결정하는 것이 가능하다.

Description

차량 위치측정 시스템{VEHICLE LOCALIZATION SYSTEM}
본 발명은 열차와 같은 안내궤도(guideway: 가이드웨이) 상에서 이동하는 차량 기술분야에 관한 것으로서, 특히 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호들을 이용하는 차량 위치측정 시스템에 관한 것이다.
글로벌 위치추적 시스템(GPS: Global Positioning System)과 같은 글로벌 항법위성시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)들은 충분한 수의 위성들이 시야에 있을 때 정확한 위치정보를 제공한다. 이하에서, 설명의 편의상, 본 발명은 GPS의 견지에서 기술될 것이지만, 러시아의 GONAD 시스템과 같은 다른 GNSS 시스템이나 유럽의 갈릴레오(Galileo) 시스템이 사용될 수도 있다는 점이 이해될 것이다.
안내궤도상에서 움직이는 차량들과 관련하여 GPS 시스템의 이용은 두 가지의 문제를 낳는다. 첫째로는, 비군용으로 이용가능한 GPS 신호의 위치추적/측정의 정확도는 정거장에서의 정확한 정지, 안내궤도상의 스위치들의 위치확인, 안내궤도의 말단 위치확인 등을 보장하기 위해서는 충분히 정확하지는 않다. 둘째로, GPS 신호는 터널 내에서는 이용이 불가하다. 이것은 하늘에 있는 위성들에 대한 직접적인 시야에 기초를 두고 있는 GPS 시스템의 성격으로부터 기인한다. 이러한 문제점들은 용이하게 이용가능한 GPS 기반의 위치측정 수단을 이용하여 철도/수송 응용분야에서 열차 위치를 독점적으로 결정하는 것을 방해한다.
현재의 해결책들은 RFID(Radio Frequency Indentification) 트랜스폰더(transponder)들을 이용하여 절대 위치정보를 터널 내부를 포함하여 시스템에 있는 열차들에 제공한다. 이러한 해결책들은 위치정보를 제공하기 위해서는 안내궤도를 따라서 배치된 RFID 트랜스폰더와 열차 상에 리더기(reader)의 설치를 필요로 한다. RFID 트랜스폰더들 사이의 열차의 위치는 추측항법((dead reckoning)에 의해 결정된다.
다른 시스템들은 유도성 루프 케이블 교차(inductive loop cable transposition)(크로스오버)와 함께 유도 루프 통신을 이용하여 상대적인 위치측정 정보를 제공한다. 차량에 탑재된 크로스오버 검출장치는 유도 루프의 시작점으로부터 교차점(크로스오버)들의 수를 평가 및 계수한다. 이것은 상대적인 위치측정/위치추적 정보를 탑재 시스템에 제공한다. 교차점들 사이에서 열차의 위치는 추측항법에 의해 제공된다.
이러한 해결책들은 하드웨어와 소프트웨어 양자의 측면에서 고비용이며 어떤 응용분야들에서는 정당화될 수 없다. 현재의 GPS 해결책에서의 제한성으로 인하여 쉽게 이용가능한 GPS장치들에 기반을 둔 저비용의 "재고품과 같이 용이하게 획득가능한(off-the-shelf)" 해결책들을 제공하는 옵션에는 제한이 있게 된다.
본 발명의 실시예들은 탑재형 컴퓨터에서 GPS 정보를 동기화하는 이차적인 위치설정 시스템(secondary positioning system)의 이용을 통하여 전술한 결함들을 극복함으로써 철도/수송 응용분야와 다른 유도차량 응용분야에 대하여 GPS 신호를 이용하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 위성의 시야에서 가려진 부분들을 포함하는 안내궤도 상에서 움직이는 차량을 위한 위치측정 시스템으로서, 항법위성들의 관점에서 하나 또는 다수의 전략적 위치들에 배치된 적어도 하나의 GNSS 수신기; 수신된 GNSS 신호들을 안내궤도의 가려진 부분들을 따라서 재전송하기 위한 GNSS 송신기들; 상기 안내궤도를 따라서 기지의 위치들에 배치된 코드화된 목표들; 항법위성들로부터 직접적으로 또는 안내궤도의 가려진 부분에 있을 때에는 상기 GNSS 송신기들로부터 재전송된 GNSS 신호들을 포착하기 위한 상기 차량 상의 GNSS 수신기; 코드화된 목표들을 검출하기 위한 차량 상의 근접 센서(proximity sensor); 및 GNSS 신호들로부터 획득된 위치를 상기 근접 센서로부터 획득된 위치와 동기화하기 위한 탑재형 컴퓨터를 포함하는 위치측정 시스템이 제공된다.
이차적 시스템의 이용은, 주행 레일들 사이의 안내궤도에 배치된 코드화된 목표(coded target)들과 열차에 장착된 근접 센서들의 이용을 통해서, 탑재된 데이터베이스를 구비한 탑재형 컴퓨터들에 의해 수신된 GNSS(이하에서 'GPS'로 지칭됨) 신호들을 기지의 고정형 위치 마커(known fixed location marker)들과 동기화하는 것을 가능하게 한다.
상기한 이차적 검출 시스템의 이용은 또한 GPS 신호들이 터널에서 사용되는 것을 가능하게 하는데, 이것은 터널 내에 있는 코드화된 목표들을 검출하는 근접 센서들에 기초한 기지의 고정형 위치결정 정보와 결부된 터널 외부로부터의 재방사 GPS 신호와 탑재된 데이터베이스를 동기화함으로써 수행된다. 재방사 GPS 신호와 탑재된 데이터베이스 내에 포함된 목표들의 상기한 기지의 고정형 위치와의 조합을 통해 터널 내에서의 열차의 절대위치를 정확하게 제공한다. 동기화 포인트들 사이의 열차의 위치는 추측항법((dead reckoning)에 의해 제공된다.
추가적인 이점으로서, 터널에서 재방사 GPS 신호를 제공함에 있어, GPS 시스템이 액티브 상태로 유지되고 터널로부터 열차가 나올 때 GPS 위성신호를 지연 없이 재획득할 수 있도록 하는 것을 보장할 수가 있다.
본 발명은 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시적인 방식으로 더 자세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치측정(localization) 시스템을 갖는 안내궤도의 개략적인 표현도이다;
도 2는 코드화된 목표(coded target)의 구성을 도시하는 도면이다;
도 3은 양방향 트랙 상의 코드화된 목표들의 구조를 도시하는 도면이다;
도 4는 탑재형 컴퓨터 시스템의 상위 개념의 블록도이다.
본 발명은 트랙 상에서 움직이는 열차(trains)의 관점에서 설명될 것이지만, 본 발명은 다른 안내형(guided) 차량 운송기술에도 균등하게 적용 가능하다는 점을 이해하여야 할 것이다. 터널 외부에서의 열차의 위치 정보는, GPS 신호가 이용 불가능해지거나 GPS 신호의 판독점들 사이에 존재할 경우에는 언제나, GPS 신호들, 탑재된 데이터베이스 및 추측항법((dead reckoning)으로부터의 위치정보에 의해 제공된다. 그러나, GPS 위치정보는 터널 안에서는 이용이 불가능하다. 따라서, 터널 안에서 열차에 대해 필요한 절대 위치는 열차가 터널에 들어갈 때 상실된다.
GPS 신호의 이용불가능성을 완화하고 특정한 위치들과 터널 내에서 정확한 위치확인 정보를 제공하기 위하여, 항법위성의 전체적 관점에서 터널 외부의 중요한 장소에 고정형 GPS 안테나/수신기들이 배치된다. 이러한 신호들은 지정된 위치 내에서 광섬유를 통해 GPS 신호 송신기들에 재전송된다.
그 다음에 이러한 신호들은 위치정보를 제공하기 위해 열차에 탑재된 GPS 수신기들에 의해 판독될 수 있다.
그러나, 이러한 GPS 신호의 성격 때문에 동기화 포인트에서 절대 위치의 정확도는 GPS 신호 그 자체의 정확도와 무선신호의 전파성으로 인하여 보장될 수는 없다. 근접 센서(proximity sensor)들과 패시브 코드화된 목표(passive coded targets)들을 이용시 위치정보의 정확도를 향상할 것이다.
열차에는 미리 정해진 정확한 장소에 배치된 코드화된 목표들을 검출할 수 있는 근접 센서들과 GPS 수신기들 양자가 장착된다. 이것은 열차에 탑재된 컴퓨터가 GPS 신호로부터 획득된 위치를 안내궤도상의 레일들 사이에 배치된 코드화된 목표들을 검출하는 근접 센서와 동기화하는 것을 가능하게 한다.
탑재된 컴퓨터는 수신된 GPS 신호에 의해 획득된 위치와 그의 메모리에 저장된 위치 데이터베이스에 따르는 근접 센서들에 의한 코드화된 목표들의 검출과의 동기화를 수행하고, 정확한 절대 위치에 열차를 배치한다. GPS 신호의 독출점(read)들 또는 검출 포인트(detection point)들 사이의 위치 정보는 추측항법(dead reckoning)에 의해 제공될 수 있다.
도 1을 참조하여 본 발명의 특정한 실시예가 설명되는데, 이것은 트랙(10)을 따라서 이동하는 열차(12)를 도시하고 있다. 열차는 탑재형 위치측정 시스템(14)을 포함한다. 본 예에 있어서는 트랙(10) 가까이에 배치되어 있는 고정형 GPS 수신기(16)가 시야에 있는 항법위성들(18)로부터 GPS 신호들을 수신한다. 이 신호들은 그 다음에 광섬유(20)를 경유해 터널(24) 내의 포인트들에 배치된 리-트랜스미터들(re-transmitter)(22)에 중계되고, 터널에서 상기 위성들(18)은 시야로부터 보이지 않게 된다. 상기한 리-트랜스미터들(22)로부터의 신호들은 열차(12)에 탑재된 수신기에 의해 포착된다.
부가적으로, 코드화된 목표들(26)은 터널(24) 내의 기지의 장소들에 배치된다. 코드화된 목표들은 근접 센서에 검출신호를 제공하는 융기부(ridge)들과 골부(valley)들을 구비한 수동형 위치확인용 금속플레이트들일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 각각의 플레이트는 검출용으로 세 개의 융기부들과 두 개의 골부들을 제공하는데, 중간의 융기부의 중앙부는 도 2에 도시된 것과 같은 GPS에 의해 검출되는 동기 포인트에 대한 정확한 위치를 제공하게 된다.
각각의 마루부와 골부의 치수는 가변적이며 상이한 안내궤도 구성에 대하여 그 위치를 코드화하기 위해 사용된다. 탑재 컴퓨터에 의한 마루부들과 골부들의 검출의 타이밍은 코드화된 목표에 대한 기준 포인트의 식별을 위한 기능을 수행한다.
진입(inbound) 및 진출(outbound) 안내궤도를 갖는 양방향 트랙의 구성에 대한 예가 도 3에 도시된다. 이 경우, 마루부 및 골부(T1 또는 T2)의 크기는 진입 트랙에서는 약 2센티미터 그리고 진출 트랙에서는 약 3센티미터이다.
상기한 3센티미터 목표 및 2센티미터 목표 사이의 타이밍 검출의 타이밍은 진입 대 진출 트랙에서 기준 위치(reference location)을 결정하기 위해 사용된다.
도 4는 탑재된 컴퓨터 시스템의 블록도이다. 이것은 GPS 수신기(32)에 접속된 탑재형 컴퓨터(30), 근접 센서(34), 및 데이터베이스(36)를 포함한다. 열차가 터널(24)에 들어갈 때, 위성(18)은 더 이상 시야에 있지 않게 된다. GPS 수신기(32)는 리-트랜스미터(22)로부터 신호들을 획득하고 그 위치를 계산한다. 그러나, 그 신호들은 광섬유(20) 상에서 재전송된다는 사실 때문에 신호들의 의미에 대해서는 약간의 불확실성이 존재한다. 근접 센서(34)가 특정한 코드화된 목표(26)를 통과할 때, 컴퓨터는 그 신호를 디코딩하고 데이터베이스(38)에 있는 코드를 참조함(looking up)으로써 열차의 위치를 결정한다. 열차의 위치를 코드화된 목표들(26)로부터 결정되는 것으로 동기화함으로써 컴퓨터는 GPS 신호들이 광섬유 상에서 재전송된다는 사실을 감안하여 처리할 수가 있다.
일단 이것이 수행되고나면, 컴퓨터(30)는 코드화된 목표들 사이의 GPS 신호들에 기초하여 정확한 위치를 계산한다. GPS 신호들의 독출점들 사이에서 컴퓨터는 추측항법에 의해 열차의 위치를 추정할 수가 있다.
이러한 구성에 있어서의 또 하나의 이점은, 열차가 터널로부터 나올 때 GPS 수신기는 여전히 GPS 신호들과 동기화되어 있어 GPS 신호들로부터의 위치 정보를 획득하기를 계속하는 데에 있어 어떠한 재-동기화 지연도 없다는 점이다.
전술한 실시예는 저비용의 GPS 신호들과 다수의 코드화된 목표들을 이용을 통해 터널을 포함하는 시스템에서 열차들의 위치를 정확하게 확인하기 위한 저비용의 위치확인/위치측정 시스템의 이용을 제공함으로써 그 시스템을 통하여 중요한 위치들 및 터널들에서 정확한 열차위치를 설정하도록 한다. 이러한 해결책은 위치확인/위치측정을 위해 더 고가인 열차 탑재형 RFID 송신기/복구기 및 철로변의 트랜스폰더들을 사용하는 것을 대체한다.

Claims (16)

  1. 위성의 시야에서 가려진 부분들을 포함하는 안내궤도상에서 움직이는 차량을 위한 위치측정(localization) 시스템에 있어서,
    항법위성들의 관점에서 하나 또는 다수의 전략적 위치들에 배치된 적어도 하나의 GNSS 수신기;
    수신된 GNSS 신호들을 상기 안내궤도의 가려진 부분들을 따라서 재전송하기 위한 GNSS 송신기들;
    상기 안내궤도를 따라서 기지의 위치들에 배치된 코드화된 목표들;
    상기 항법위성들로부터 직접 전송되거나 또는 상기 안내궤도의 가려진 부분에 있을 때 상기 GNSS 송신기들로부터 재전송된 GNSS 신호들을 포착하기 위한 상기 차량 상의 GNSS 수신기;
    상기 코드화된 목표들을 검출하기 위한 차량 상의 근접 센서; 및
    상기 GNSS 신호들로부터 획득된 위치를 상기 근접 센서로부터 획득된 위치와 동기화하기 위한 탑재형 컴퓨터를 포함하는 위치측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탑재형 컴퓨터는 차량에 탑재되어 운반되는 데이터베이스에 있는 목표 코드를 참조함으로써 상기 근접 센서로부터 위치를 획득하도록 구성되는 위치측정 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탑재형 컴퓨터는 상기 재전송된 GNSS 신호들로부터 안내궤도의 가려진 부분에 있는 목표들 사이의 차량의 위치를 결정하도록 구성되는 위치측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서, GNSS 독출점들 사이 및 코드화된 목표들 사이의 차량의 위치는 추측항법(dead reckoning)에 의해 결정되는 위치측정 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 코드화된 목표들은 마루부들(ridges)과 골부들(valleys)을 구비한 위치결정 플레이트들을 포함하는 위치측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 안내궤도는 양방향이고, 상기 마루부들과 골부들의 간격은 2방향으로 상이하게 되는 것인 위치측정 시스템.
  7. 위성의 시야에서 가려진 부분들을 포함하는 차량 안내궤도를 위한 위치측정 시스템에 있어서,
    항법위성들의 관점에서 하나 또는 다수의 전략적 위치들에 배치된 적어도 하나의 GNSS 수신기;
    수신된 GNSS 신호들을 상기 안내궤도의 가려진 부분들을 따라서 재전송하기 위한 GNSS 송신기들; 및
    상기 안내궤도를 따라서 기지의 위치들에 배치된 코드화된 목표들을 포함하고;
    상기 차량 상의 탑재형 컴퓨터가 상기 GNSS 신호들로부터 획득된 위치를 근접 센서로부터 획득된 위치와 동기화하도록 하는 위치측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 코드화된 목표들은 마루부들과 골부들을 구비한 위치결정용 플레이트들을 포함하는 위치측정 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 안내궤도는 양방향이고, 상기 마루부들과 골부들의 간격은 2방향으로 상이하게 구성되는 위치측정 시스템.
  10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 GNSS 신호들은 광섬유에 의해 상기 적어도 하나의 GNSS 수신기로부터 상기 GNSS 송신기들에 전송되는 위치측정 시스템.
  11. 위성의 시야에서 가려진 부분들을 포함하는 안내궤도상에서 움직이는 차량에 탑재하기 위한 차량 위치측정 시스템에 있어서,
    항법위성들로부터 직접 전송되거나 또는 GNSS로부터 안내궤도의 가려진 부분에 있을 때에는 상기 안내궤도를 따라서 전략적인 위치들에 배치된 GNSS 송신기들로부터 재전송된 GNSS 신호들을 포착하기 위한 상기 차량 상에 배치된 GNSS 수신기;
    상기 안내궤도를 따라서 기지의 위치들에 배치된 코드화된 목표들을 검출하기 위한 근접 센서; 및
    상기 GNSS 신호들로부터 획득된 위치를 상기 근접 센서로부터 획득된 위치와 동기화하기 위한 탑재형 컴퓨터를 포함하는 차량 위치측정 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탑재형 컴퓨터는 차량에 탑재되어 운반되는 데이터베이스에 있는 목표 코드를 참조함으로써 상기 근접 센서로부터 위치를 획득하도록 구성되는 차량 위치측정 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 탑재형 컴퓨터는 상기 재전송된 GNSS 신호들로부터 안내궤도의 가려진 부분에 있는 목표들 사이의 차량의 위치를 결정하는 것인 차량 위치측정 시스템.
  14. 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 탑재형 컴퓨터는 추측항법에 의해 GNSS 독출점들 사이의 그리고 코드화된 목표들 사이의 차량의 위치를 결정하도록 구성되는 차량 위치측정 시스템.
  15. 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 근접 센서는 마루부들과 골부들을 구비하는 위치결정용 플레이트들을 포함하는 코드화된 목표들에 대해 반응하는 것인 차량 위치측정 시스템.
  16. 제11항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 근접 센서는 안내궤도를 따라서 상이한 이동 방향으로 마루부들과 골부들의 상이한 간격으로 배열된 코드화된 목표들에 대해 반응하는 것인 차량 위치측정 시스템.
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