KR20160130920A - 궤도 선형 측정 동기화 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철도레일의 궤도 틀림 검측 및 거동 측정에 관한 것으로서, 철도레일의 궤도 선형을 측정하고 측정 데이터간의 동기화를 수행하는 동기화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 검측차의 궤도틀림 데이터를 측정하는 센서부; 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화를 위해 센서부에 트리거 신호를 제공하고, 센서부로부터 궤도틀림 데이터를 전송받는 동기부; 및 동기부로부터 전송받은 동기화된 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도의 검측 결과를 나타내는 궤도 선형 파라미터를 계산 및 저장하는 제어부를 포함하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
궤도 선형 측정 동기화 시스템에서 센서부의 각 측정 모듈의 동기화를 통해 등거리 간격의 궤도 선형 측정 결과를 얻을 수 있다. 실시간 시간과 거리의 동기화가 가능하고, 오차 범위도 종래기술에 비해 축소될 수 있다.
또한 외부 트리거링 기능이 없는 경우에도 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화가 가능하고, 시간의 동기화에 있어 비동기화 되거나 오차가 발생하는 경우에도 거리의 동기화를 통해 궤도틀림 데이터의 측정에 대한 동기화가 가능하다.

Description

궤도 선형 측정 동기화 시스템 및 방법{SYNCHRONIZATION APPARATUS FOR A TRACK GEOMETRY MEASUREMENT SYSTEM AND ITS METHOD}
본 발명은 철도레일의 궤도 틀림 검측 및 거동 측정에 관한 것으로서, 철도레일의 궤도 선형을 측정하고 측정 데이터간의 동기화를 수행하는 동기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
특히 본 발명은, 궤도 선형을 측정하는데 있어, 오차율을 줄이기 위해 궤도틀림 데이터 측정시 시간 및 거리 동기화를 시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
철도시설물의 안전성에 영향을 미치는 인자는 다양하지만 그 중 궤도구조는 차량주행에 직접적으로 관계된 구조로 주행안전 그리고 소음진동 등의 측면에서 많은 고려가 필요한 부분이다. 특히 열차 충격하중이나 열화로 인한 궤도틀림의 발생 및 진전은 열차의 탈선과 관계되고 유지보수가 가장 많이 요구되는 구조이기도 하다.
최근 열차의 고속화가 진행되면서 현장에서의 궤도구조에 대한 성능평가의 중요도는 높아지고 있다. 궤도틀림 진전으로 인하여 진동과 소음이 발생하고 유지보수의 필요성이 급증하는 궤도취약개소에 대한 관심이 높아지면서 궤도 검측기술에 중요성이 높아지고 있다.
이와 관련하여, 종래 특허 문헌으로 한국공개특허 제2011-0058402호(철도레일로부터 검측된 궤도틀림 데이터 및 거동측정 데이터의 위치 동기화 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템)는 위치 동기화의 척도를 나타내는 방법으로 일관성함수를 사용하여 분석함으로써 궤도틀림이 철도차량에 미치는 영향을 분석하는 시스템 및 그 방법을 제공한다.
다만, 종래기술의 경우는 일관성 함수를 통한 궤도틀림 데이터와 거동측정 데이터간의 동기화 방안이 개시되어 있고, 위치 및 위상의 동기화(S148)를 위해 상관성이 가장 높은 데이터의 위치를 파악(S143)하여 데이터 계열을 비교(S145)하는 방식으로 동기화 시킨다.
이러한 종래의 동기화 방법은 측정 센서를 통해 측정된 데이터들이 전 측정 구간에서 정확히 등간격의 동기 신호를 만들 수 없는 문제점이 있다. 또한 동기 신호를 만들었다고 하여도, 외부의 트리거 신호가 없는 경우, 측정이 불가능한 문제점이 있다.
한국공개특허 제2011-0058402호
본 발명은 정밀한 궤도검측을 하기 위해 측정 센서를 통해 측정된 궤도틀림 데이터에 대한 시간의 동기화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은, 시간의 동기화가 이루어지지 않은 경우 등간격으로 궤도틀림 데이터를 측정하는 거리의 동기화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 등거리 간격으로 궤도를 측정하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템에 있어서, 검측차의 궤도틀림 데이터를 측정하는 센서부; 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화를 위해 센서부에 트리거 신호를 제공하고, 센서부로부터 궤도틀림 데이터를 전송받는 동기부; 및 동기부로부터 전송받은 동기화된 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도의 검측 결과를 나타내는 궤도 선형 파라미터를 계산 및 저장하는 제어부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게, 센서부는, 검측차의 가속도 또는 각속도를 측정하는 관성 측정 모듈; 검측차의 좌우측 궤도의 변위를 측정하는 레이저 측정 모듈; 검측차의 바퀴가 특정 각도로 회전될 때마다 펄스 신호를 발생시키는 주행거리 측정 모듈; 및 검측차의 위치를 측정하는 위성항법 측정 모듈을 구비할 수 있다.
바람직하게, 동기부는 궤도틀림 데이터를 이용하여 검측차의 이동 거리를 계산하는 카운터 모듈; 카운터 모듈로부터 검측차의 이동 거리 데이터를 전송받아 등거리 간격에 해당하는 시간마다 트리거 신호를 센서부에 전송하여 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간을 동기화하는 트리거링 모듈; 및 궤도틀림 데이터가 하나씩 전송될 때마다, 측정된 시간을 나타내는 타임스탬프를 궤도틀림 데이터에 부착하는 타임스탬핑 모듈을 구비할 수 있다.
바람직하게, 트리거링 모듈은 관성 측정 모듈의 측정 주파수를 인가받아 레이저 측정 모듈로 트리거 신호를 전송하여 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간을 동기화할 수 있다.
바람직하게, 타임스탬핑 모듈은, 센서부로부터 궤도틀림 데이터를 전송받아 타임스탬프를 부착하고 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 제어부로 전송할 수 있다.
바람직하게, 제어부는 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 추출하여 궤도 선형 파라미터를 계산하는 프로세서 모듈; 및 궤도 선형 파라미터를 저장하는 데이터 저장 모듈을 구비할 수 있다.
바람직하게, 프로세서 모듈은 타임스탬프를 참조하여 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출하여 궤도 선형 파라미터를 계산하여 거리를 동기화할 수 있다.
바람직하게, 프로세서 모듈은 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터로부터 측정되는 시간에 비례하는 궤도틀림 데이터를 유추하는 내삽법을 적용하여 궤도 선형 파라미터를 계산할 수 있다.
바람직하게, 데이터 저장 모듈은 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 궤도 선형 파라미터에 매칭시켜 저장할 수 있다.
한편, 본 발명은 등거리 간격으로 궤도를 측정하는 궤도 선형 측정 동기화 방법에 관한 것으로서, 검측차의 궤도를 등거리 간격으로 측정하는 궤도 선형 측정 동기화 방법에 있어서, 상기 검측차에서 측정된 궤도틀림 데이터를 전송받는 (a)단계; 상기 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화를 위해 트리거 신호를 생성하는 (b)단계; 상기 트리거 신호에 따라 동기화된 궤도틀림 데이터를 전송받아 타임스탬프를 부착하는 (c)단계; 및 상기 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터들 중에서 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출하고, 추출된 궤도틀림 데이터의 거리를 등거리 간격으로 동기화하는 (d)단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
바람직하게, (b) 단계는, 검측차의 바퀴가 특정 각도로 회전될 때마다 생성된 펄스 신호를 전송받는 단계; 및 펄스 신호를 카운트하여 등거리 간격으로 트리거 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 궤도 선형 측정 동기화 방법은, 등거리 간격으로 동기화된 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도의 검측 결과를 나타내는 궤도 선형 파라미터를 계산하는 (e)단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, (d)단계에서 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출할 수 없는 경우, 동일 시간에 측정되지 않은 궤도틀림 데이터에서 동일 시간의 전후로 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 체크하고, 체크된 궤도틀림 데이터의 값으로부터 동일 시간에 해당되는 값을 유추하는 내삽법을 적용하여, 궤도 선형 파라미터를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
궤도 선형 측정 동기화 시스템은, 센서부의 각 측정 모듈의 동기화를 통해 등거리 간격의 궤도 선형 측정 결과를 얻을 수 있다. 궤도 선형 측정 동기화 시스템은, 측정 모듈의 동기화를 통해 실시간 시간과 거리의 동기화가 가능하고, 오차 범위도 종래기술에 비해 축소될 수 있다.
또한 궤도 선형 측정 동기화 시스템은, 외부 트리거링 기능이 없는 경우에도 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화가 가능하다.
또한 궤도 선형 측정 동기화 시스템은, 시간의 동기화에 있어 비동기화 되거나 오차가 발생하는 경우에도 거리의 동기화를 통해 궤도틀림 데이터의 측정에 대한 동기화가 가능하다.
궤도 선형 측정 동기화 시스템은, 실시간 시간 및 거리의 동기화가 가능하여 동기 신호인 트리거 신호를 생성하지 않아도 정확한 궤도 선형 파라미터의 측정이 가능하다.
도 1은 종래의 거동측정 데이터의 동기화 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 궤도 선형 측정 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서부 및 동기부의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 궤도틀림 데이터에 타임스탬프를 부착하는 모습이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 궤도 선형 측정 시스템의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 궤도 선형 측정 동기화 시스템(1)은 센서부(10), 동기부(30) 및 제어부(50)로 구성될 수 있다.
센서부(10)는 관성 측정 모듈(107), 레이저 측정 모듈(107), 주행거리 측정 모듈(101) 및 위성항법 측정 모듈(103)을 포함할 수 있다. 센서부(10)는 검측차의 궤도틀림 데이터를 측정할 수 있다. 본 명세서에서는 검측차가 철도레일을 측정하여 검측차의 측정 위치, 주행 거리, 레일의 간격 등을 나타내는 상태 값을 궤도틀림 데이터라 한다.
관성 측정 모듈(107)은 검측차의 가속도 또는 각속도를 측정할 수 있다. 관성 측정 모듈(107)은 관성항법 시스템을 기반으로 구성되며, 검측차의 중심에 체결될 수 있다. 관성 측정 모듈(107)은 레이저 측정 모듈(107)의 두 개의 레이저 측정기의 움직임을 측정하기 위해서 사용될 수 있다. 관성 측정 모듈(107)은 수십에서 수천 Hz의 주기로 측정 결과를 내놓으며, 통상적으로 외부 트리거링 기능이 제공되지 않는다. 관성 측정 모듈(107)의 관성항법 시스템은 내부의 관성 센서의 측정값들을 적분해서 위치나 각도를 계산할 수 있다. 따라서 통상적으로 외부 인터럽트 없이 등시간 간격으로 관성 센서 값을 취득하여 위치나 각도를 계산할 수 있다.
본 실시예에서 관성 측정 모듈(107)은 등시간 간격(T2)으로 관성 센서 값을 취득하고 적분을 수행할 수 있다. 본 실시예에서는 등시간 간격을 편의상 1kHz의 측정 주파수(F2)로 할 수 있다.
레이저 측정 모듈(107)은 검측차의 좌우측 궤도의 변위를 측정할 수 있다. 레이저 측정 모듈(107)은 좌우측 궤도의 변위를 측정할 수 있는 2개의 레이저 측정기를 기반으로 구성될 수 있다. 레이저 측정 모듈(107)은 각 궤도의 수직거리와 수평거리를 나타내는 궤간을 측정할 수 있다. 궤간은 레이저 측정기 중심점으로부터 궤간 측정점까지의 수평방향의 거리를 의미한다. 수직거리는 레이저 측정기 중심점으로부터 궤도의 두부면 중심점까지의 수직방향의 거리를 의미한다.
레이저 측정 모듈(107)의 2개의 레이저 측정기는 검측차의 측정 프레임의 좌우측에 대칭으로 설치될 수 있다. 레이저 측정 모듈(107)은 궤간 측정점 등의 좌표를 알 수 있고, 수십에서 수천 Hz의 측정 주파수를 가질 수 있다. 레이저 측정 모듈(107)은 통상적으로 외부 트리거링 기능이 제공될 수 있다. 본 실시예에서는 레이저 측정 모듈(107)은 등시간 간격을 1kHz의 측정 주파수(F1)를 가지는 것으로 가정할 수 있다.
주행거리 측정 모듈(101)은 검측차의 바퀴가 특정 각도로 회전될 때마다 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 주행거리 측정 모듈(101)은 검측차의 이동 속도 및 이동 거리를 측정하는 모듈이고, 검측차의 차축에 부착되어 사용될 수 있다.
주행거리 측정 모듈(101)은 레일의 바퀴가 정해진 각도만큼 회전시 펄스 신호를 동기부(30)로 보낼 수 있다. 동기부(30)의 카운터 모듈(301)에서는 이 펄스 신호를 카운트하여 등간격의 트리거 신호를 생성할 수 있다. 주행거리 측정 모듈(101)은 측정 간격의 정확한 유지를 위해서는 1회전 당 1000 펄스 이상의 나오는 광학 엔코더가 적용된 제품을 사용할 수 있다.
주행거리 측정 모듈(101)은 검측차의 이동거리, 이동 속도를 측정하기 위해서 사용될 수 있다. 주행거리 측정 모듈(101)은 검측차의 이동거리를 산출하는 기본 측정 모듈이 될 수 있다. 주행거리 측정 모듈(101)은 특정 측정 주파수가 있는 것이 아니라 회전 속도에 따라서 출력되는 펄스 신호의 개수를 변화시킬 수 있다.
본 실시예에서는 편의상 1회전에 1000개의 펄스가 생성될 수 있고, 이는 열차의 차륜 직경을 860mm로 가정하면 차륜의 둘레는 약 2,702mm가 되므로, 열차가 약 2.7mm 이동할 때마다 펄스가 발생하게 된다. 또한 주행거리계의 분해능은 2.7mm가 될 수 있다.
위성항법 측정 모듈(103)은 검측차의 위치를 측정할 수 있다. 위성항법 측정 모듈(103)은 위성신호를 수신해서 검측차의 위치를 측정하는 측정 모듈이다. 위성항법 측정 모듈(103)은 GPS 신호로 직접 검측차의 위치를 알아내거나, 주행거리 측정 모듈(101)에서 측정한 측정 위치의 오차를 보정하는데 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 위성항법 측정 모듈(103)은 오차 보정의 용도를 위해서 정확도 1m, 업데이트 속도 10Hz 이상의 제품이 사용될 수 있다. 위성항법 측정 모듈(103)은 수에서 수십 Hz의 주기로 측정 결과를 내놓을 수 있다. 위성항법 측정 모듈(103)은 통상적으로 외부 트리거링 기능이 제공되지 않는다. 본 실시예에서는 편의상 100Hz의 측정 주파수(F3)로 가정할 수 있다.
동기부(30)는 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화를 위해 센서부(10)에 트리거 신호를 제공할 수 있다. 동기부(30)는 센서부(10)로부터 상기 궤도틀림 데이터를 전송받을 수 있다.
동기부(30)는 궤도틀림 데이터를 제어부(50)로 전송하는 경우 RS-422등의 데이터 통신 수단을 사용할 수 있다. 동기부(30)는 센서부(10)에 측정 시작 명령을 내릴 수 있고, 센서부(10)는 측정 시작을 동시에 수행할 수 있다. 동기부(30)는 센서부(10)에 외부 트리거링 기능을 사용하여 측정 시작 명령을 내릴 수 있다. 동기부(30)는 센서부(10)의 측정 주파수를 일정 배수가 되도록 하여 시간 동기화가 되도록 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서부(10) 및 동기부(30)의 상세 구성도이다. 도 3을 참조하면, 동기부(30)는 카운터 모듈(301), 트리거링 모듈(303) 및 타임스탬핑 모듈(305)을 구비할 수 있다.
카운터 모듈(301)은 궤도틀림 데이터를 이용하여 검측차의 이동 거리를 계산할 수 있다. 카운터 모듈(301)은 주행거리 측정 모듈(101)에서 전술한 바와 같이 펄스 신호를 통해 이동 거리를 계산할 수 있다. 1회전에 1000개의 펄스를 생성한다면, 차륜의 둘레가 약 2,702mm가 되므로, 주행거리 측정 모듈(101)의 분해능은 2.7mm가 될 수 있다.
트리거링 모듈(303)은 센서부(10)에서 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간을 동기화할 수 있다. 트리거링 모듈(303)은 카운터 모듈(301)로부터 검측차의 이동 거리 데이터를 전송받을 수 있고, 트리거링 모듈(303)은 등거리 간격에 해당하는 시간마다 트리거 신호를 센서부(10)에 전송하여 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간을 동기화할 수 있다.
레이저 측정 모듈(107)의 경우 외부 트리거링 기능이 제공될 수 있기 때문에, 트리거링 모듈(303)은 관성 측정 모듈(107)의 측정 주파수를 인가받아 레이저 측정 모듈(107)로 트리거 신호를 전송할 수도 있다.
타임스탬핑 모듈(305)은 궤도틀림 데이터가 하나씩 전송될 때마다, 측정된 시간을 나타내는 타임스탬프를 궤도틀림 데이터에 부착할 수 있다. 타임스탬핑 모듈(305)은 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 제어부(50)로 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 궤도틀림 데이터에 타임스탬프를 부착하는 모습이다. 도 4를 참조하면, 타임스탬핑 모듈(305)은 궤도틀림 데이터가 전송될 때마다 타임스탬프를 부착할 수 있다. 레이저 측정 모듈(107), 관성 측정 모듈(107), 위성항법 측정 모듈(103)은 고유의 주파수를 가지고, 타임스탬프를 부착할 수 있다.
타임스탬핑 모듈(305)은 처음 값에만 타임스탬프를 붙이고, 이후 등시간 간격의 신호를 가정하여 측정 시간을 추정하도록 구성하는 것도 가능하다.
타임스탬핑 모듈(305)은 레이저 측정 모듈(107) 및 관성 측정 모듈(105)이 1kHz의 샘플링 주파수인 경우, 300km/hr의 열차 주행 속도에서는 등거리 간격 250mm 안에 3회의 측정만 가능하다. 즉, 약 83(83.333)mm 간격으로 타임스탬프를 부착할 수 있다.
타임스탬핑 모듈(305)은 카운터에서 펄스를 계산하여 이동 거리로 변환하고, 이동 거리 데이터에 따라 타임스탬프를 부착한다. 타임스탬핑 모듈(305)은 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 제어부(50)의 프로세서 모듈(501)로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로 센서부(10)의 측정 모듈에서 타임스탬프를 부착하여 데이터를 보내는 방법도 가능하다. 다만 센서부(10)의 측정 모듈에서 타임스탬프가 동일한 기준이라는 보장이 없으므로, 타임스탬핑 모듈(305)에서 측정 데이터를 받을 때마다 동일한 기준의 타임스탬프를 부착해주는 것이 바람직하다.
만약 센서부(10)의 측정 모듈에서 타임스탬프를 부착하여 프로세서 모듈(501)로 전송한다면 측정 모듈별로 측정 시간이 다른 경우 오차가 발생할 수 있다. 센서부(10)의 측정 모듈에서 타임스탬핑 모듈(305)로 궤도틀림 데이터가 전송되는 경우, 시간 지연은 매우 작고, 샘플링 주기 간격과 같이 규칙적인 시간 간격이 되어야 한다. 그렇지 않으면 센서부(10)의 측정 모듈의 데이터 전송 시간 지연에 따른 측정 시간 추정에 오차가 발생할 수 있다.
제어부(50)는 상기 동기부(30)로부터 전송받은 동기화된 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도 선형 파라미터를 계산 및 저장할 수 있다. 제어부(50)는 프로세서 모듈(501)과 데이터 저장 모듈(503)을 구비할 수 있다. 제어부(50)는 프로세서 모듈(501)과 데이터 저장 모듈(503)에서의 계산이나 저장된 결과를 현시하거나 이더넷(ethernet) 등을 통해서 상위 시스템(70)에 전송할 수 있다.
프로세서 모듈(501)은 등거리 간격으로 궤도 선형 파라미터를 계산함으로써, 거리를 동기화할 수 있다. 프로세서 모듈(501)은 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 추출하여 궤도 선형 파라미터를 계산할 수 있다. 프로세서 모듈(501)은 타임스탬프를 참조하여 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출하여 상기 궤도 선형 파라미터를 계산하여 거리를 동기화할 수 있다. 본 명세서에서는 궤도틀림 데이터를 동기화 시키고, 동기화된 궤도틀림 데이터로부터 측정프레임의 위치, 자세(3 각도, 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw)) 의 5개 항목을 계산한 값을 궤도 선형 파라미터라 한다.
도 4를 다시 참조하면, 도 4의 (a)부터 (d)는 각 센서 모듈의 측정 데이터가 전달될 때마다 타임스탬핑 모듈(305)에서 타임스탬프를 부착하는 타이밍을 도시한 것이다. 도 4의 (a)부터 (d)는 차례대로 주행거리 측정 모듈(101), 위성항법 측정 모듈(103), 관성 측정 모듈(107), 레이저 측정 모듈(107)의 측정 시간을 나타낸다.
프로세서 모듈(501)은 거리의 동기화를 위해서 먼저 주행거리 측정 모듈(101)의 궤도틀림 데이터에 등거리 간격 L에 해당하는 타임스탬프들을 추출한다. 본 실시예에서는 250mm로 할 수 있다.
프로세서 모듈(501)은 주행거리 측정 모듈(101)에서 펄스 신호간의 거리를 알고 있으므로, 등거리 간격의 배수에 해당하는 거리마다의 타임스탬프 값들을 추출할 수 있다. 다음으로 프로세서 모듈(501)은 추출된 타임스탬프 값들과 동일한 시각의 관성 측정 모듈(107) 및 레이저 측정 모듈(107)의 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도 선형 파라미터를 계산하여 거리의 동기화를 이룰 수 있다.
프로세서 모듈(501)은 궤도틀림 데이터를 계산하기 위하여 중간 값을 유추하는 내삽법을 적용하여 궤도 선형 파라미터를 계산할 수 있다.
프로세서 모듈(501)은 타임스탬프를 참조하여 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출할 수 없는 경우, 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터로부터 측정되는 시간에 비례하는 궤도틀림 데이터를 유추하는 내삽법을 적용하여 상기 궤도 선형 파라미터를 계산할 수 있다.
내삽법이란, 어떤 연속 함수의 변수가 띄엄띄엄한 경우 특정 값에 대해서만 그 함수값이 알려져 있을 때에, 임의의 중간 변수값에 대한 함수의 값을 구하는 방법이다. 변수 x0, x1 부근에서 함수 f(x)가 근사적으로 1차식으로 표시된다고 하면 다음과 같다.
Figure pat00001
프로세서 모듈(501)에서 궤도 선형 파라미터를 계산하는 경우 궤도에 국부적인 손상이 있을 수도 있으므로 레이저 측정 모듈(107)의 경우에 내삽법을 적용하는 것이 타당한지 문제가 될 수 있으나, 궤도 선형 측정 동기화 시스템(1)은 파장 1m 이하의 국부적인 궤도 손상은 검측하지 않고, 약 83mm 간격으로 측정을 하므로 내삽법 적용이 가능하다. 관성 측정 모듈(107)의 경우에는 국부적인 손상이 있는 경우에도 열차의 움직임에 급격한 변화가 있지는 않으므로 내삽법을 적용해도 문제되지 않는다.
프로세서 모듈(501)은 측정된 거리의 오차를 보정할 수 있다. 프로세서 모듈(501)은 측정값에 오차가 있는 경우, 이를 확인하여 보정을 수행할 수 있다.
프로세서 모듈(501)은 GPS를 이용하는 위성항법 측정 모듈(103)의 위치 측정값과 주행거리 측정 모듈(101)의 측정값이 차이가 크면 위성항법 측정 모듈(103)의 값을 이용하여 이동 거리를 보정할 수 있다. 다만 위성항법 측정 모듈(103)의 위치 측정값과 주행거리 측정 모듈(101)의 측정값이 차이가 작다면 위성항법 측정 모듈(103)의 측정값만을 사용해서 오차를 보정할 수 있다.
프로세서 모듈(501)은, RFID 등을 이용한 거리 기준 시스템이 있으면 이를 이용하여 이동 거리의 오차를 보정할 수 있다.
프로세서 모듈(501)은 측정된 이동 거리와 실제 이동 거리에 많은 차이가 발생하면 차이가 나는 만큼 측정된 이동 거리를 늘리거나 줄여서 등거리 간격이 되도록 맞출 수 있다. 프로세서 모듈(501)은 검측 간격을 강제로 등거리 간격이 되도록 측정 위치 값을 보정할 수 있다.
데이터 저장 모듈(503)은 궤도 선형 파라미터를 저장할 수 있다. 데이터 저장 모듈(503)은 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 궤도 선형 파라미터에 매칭시켜 저장할 수 있다. 데이터 저장 모듈(503)은 프로세서에서 계산된 궤도 선형 파라미터를 저장하는 경우 측정된 위치 정보도 함께 저장할 수 있다. 데이터 저장 모듈(503)은 센서부(10)의 측정 모듈에서 측정한 원시 데이터에 해당하는 궤도틀림 데이터도 모두 함께 저장할 수 있다.
이하에서는, 상술한 시스템을 이용한 궤도 선형 측정 동기화 방법에 관하여 후술한다.
궤도 선형 측정 동기화 방법은, 검측차의 궤도를 등거리 간격으로 측정하는 궤도 선형 측정 동기화 방법에 있어서, 검측차에서 측정된 궤도틀림 데이터를 전송받는 (a)단계; 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화를 위해 트리거 신호를 생성하는 (b)단계; 트리거 신호에 따라 동기화된 궤도틀림 데이터를 전송받아 타임스탬프를 부착하는 (c)단계; 및 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터들 중에서 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출하고, 추출된 궤도틀림 데이터의 거리를 등거리 간격으로 동기화하는 (d)단계를 포함할 수 있다.
(b) 단계는, 검측차의 바퀴가 특정 각도로 회전될 때마다 생성된 펄스 신호를 전송받는 단계; 및 펄스 신호를 카운트하여 등거리 간격으로 트리거 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
주행거리 측정 모듈(101)은 검측차의 바퀴가 특정 각도로 회전될 때마다 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 주행거리 측정 모듈(101)은 검측차의 이동 속도 및 이동 거리를 측정하는 모듈이고, 검측차의 차축에 부착되어 사용될 수 있다. 주행거리 측정 모듈(101)에서 특정 각도로 회전할 때마다 펄스 신호가 발생되는데, 이 펄스 신호들을 일정한 숫자만큼 카운트하면 등거리 간격으로 계산될 수 있다. 트리거링 모듈(303)은 등거리 간격마다 트리거 신호를 발생할 수 있고, 센서부(10)에서는 동일한 시간마다 측정이 가능할 수 있게 된다.
궤도 선형 측정 동기화 방법은 등거리 간격으로 동기화된 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도의 검측 결과를 나타내는 궤도 선형 파라미터를 계산하는 (e)단계를 더 포함할 수 있다. 프로세서 모듈(501)은 등거리 간격으로 궤도 선형 파라미터를 계산함으로써, 거리를 동기화할 수 있다. 프로세서 모듈(501)은 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 추출하여 궤도 선형 파라미터를 계산할 수 있다. 프로세서 모듈(501)은 타임스탬프를 참조하여 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출하여 상기 궤도 선형 파라미터를 계산하여 거리를 동기화할 수 있다.
프로세서 모듈(501)이 (d)단계에서 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출할 수 없는 경우, 프로세서 모듈(501)은 동일 시간에 측정되지 않은 궤도틀림 데이터에서 동일 시간의 전후로 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 체크하고, 체크된 궤도틀림 데이터의 값으로부터 동일 시간에 해당되는 값을 유추하는 내삽법을 적용하여, 궤도 선형 파라미터를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1 : 궤도 선형 측정 동기화 시스템
10 : 센서부 30 : 동기부
50 : 제어부 70 : 상위 시스템
101: 주행거리 측정 모듈 103 : 위성항법 측정 모듈
105 : 관성 측정 모듈 107 : 레이저 측정 모듈
301 : 카운터 모듈 303 : 트리거링 모듈
305 : 타임스탬핑 모듈 501 : 프로세서 모듈
503 : 데이터 저장 모듈

Claims (13)

  1. 검측차의 궤도를 등거리 간격으로 측정하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템에 있어서,
    검측차의 궤도틀림 데이터를 측정하는 센서부;
    상기 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화를 위해 상기 센서부에 트리거 신호를 제공하고, 상기 센서부로부터 상기 궤도틀림 데이터를 전송받는 동기부; 및
    상기 동기부로부터 전송받은 동기화된 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도의 검측 결과를 나타내는 궤도 선형 파라미터를 계산 및 저장하는 제어부를 포함하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 검측차의 가속도 또는 각속도를 측정하는 관성 측정 모듈;
    상기 검측차의 좌우측 궤도의 변위를 측정하는 레이저 측정 모듈;
    상기 검측차의 바퀴가 특정 각도로 회전될 때마다 펄스 신호를 발생시키는 주행거리 측정 모듈; 및
    상기 검측차의 위치를 측정하는 위성항법 측정 모듈을 구비하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 궤도틀림 데이터를 이용하여 상기 검측차의 이동 거리를 계산하는 카운터 모듈;
    상기 카운터 모듈로부터 검측차의 이동 거리 데이터를 전송받아 등거리 간격에 해당하는 시간마다 트리거 신호를 상기 센서부에 전송하여 상기 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간을 동기화하는 트리거링 모듈; 및
    상기 궤도틀림 데이터가 하나씩 전송될 때마다, 측정된 시간을 나타내는 타임스탬프를 상기 궤도틀림 데이터에 부착하는 타임스탬핑 모듈을 구비하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 트리거링 모듈은,
    상기 관성 측정 모듈의 측정 주파수를 인가받아 상기 레이저 측정 모듈로 트리거 신호를 전송하여 상기 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간을 동기화하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 타임스탬핑 모듈은,
    상기 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 추출하여 궤도 선형 파라미터를 계산하는 프로세서 모듈; 및
    상기 궤도 선형 파라미터를 저장하는 데이터 저장 모듈을 구비하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서 모듈은,
    등거리 간격으로 상기 궤도 선형 파라미터를 계산함으로써, 거리를 동기화하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서 모듈은,
    상기 궤도틀림 데이터를 계산하기 위하여 중간 값을 유추하는 내삽법을 적용하여 상기 궤도 선형 파라미터를 계산하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 저장 모듈은,
    상기 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 상기 궤도 선형 파라미터에 매칭시켜 저장하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 시스템.
  10. 검측차의 궤도를 등거리 간격으로 측정하는 궤도 선형 측정 동기화 방법에 있어서,
    (a) 상기 검측차에서 측정된 궤도틀림 데이터를 전송받는 단계;
    (b) 상기 궤도틀림 데이터를 측정하는 시간의 동기화를 위해 트리거 신호를 생성하는 단계;
    (c) 상기 트리거 신호에 따라 동기화된 궤도틀림 데이터를 전송받아 타임스탬프를 부착하는 단계; 및
    (d) 상기 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터들 중에서 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출하고, 추출된 궤도틀림 데이터의 거리를 등거리 간격으로 동기화하는 단계를 포함하는 궤도 선형 측정 동기화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 검측차의 바퀴가 특정 각도로 회전될 때마다 생성된 펄스 신호를 전송받는 단계; 및
    상기 펄스 신호를 카운트하여 등거리 간격으로 상기 트리거 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    (e) 등거리 간격으로 동기화된 궤도틀림 데이터를 조합하여 궤도의 검측 결과를 나타내는 궤도 선형 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 동일 시간에 측정된 궤도틀림 데이터를 추출할 수 없는 경우,
    상기 동일 시간에 측정되지 않은 궤도틀림 데이터에서 상기 동일 시간의 전후로 타임스탬프가 부착된 궤도틀림 데이터를 체크하고, 체크된 궤도틀림 데이터의 값으로부터 상기 동일 시간에 해당되는 값을 유추하는 내삽법을 적용하여, 상기 궤도 선형 파라미터를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 궤도 선형 측정 동기화 방법.
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