KR20190063905A - 철도 인프라 3d 모델링 장치 및 방법 - Google Patents

철도 인프라 3d 모델링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도 인프라 3D 모델링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 관련 인프라에 대한 매개변수 데이터 입력을 할 수 있는 사용자 환경(UI)을 제공하고, 이를 통해 입력된 데이터를 기반으로 철도 인프라의 3차원 모델이 구현되도록 하는 철도 인프라 3D 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 모델링 장치는, 선택된 철도 인프라를 설계함에 있어 요구되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건을 입력할 수 있도록 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건에 기반하여 철도 인프라의 3차원 모델을 생성하는 모델링 프로세서; 및 상기 입력부에서 제공하는 사용자 환경과 상기 모델링 프로세서에서 수행되는 모델링 과정 및 처리 결과를 디스플레이하는 표시부;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

철도 인프라 3D 모델링 장치 및 방법{Three-dimensional modeling device and method for railway infrastructure}
본 발명은 철도 인프라 3D 모델링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 관련 인프라에 대한 매개변수 데이터를 입력할 수 있는 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하고, 이를 통해 입력된 데이터를 기반으로 철도 인프라의 3차원 모델이 구현되도록 하는 철도 인프라 3D 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설/토막 분야에서 설계기술의 자동화는 컴퓨터를 활용하면서 그 이용이 점차 증대되고 있는 실정이다. 건설/토목 분야는 도로, 교량, 항만, 제방, 댐, 철도 등을 포함하고 있으며, 컴퓨터를 이용한 설계는 크게 설계, 구조해석, 모델링 및 보고서와 도면화로 구분될 수 있다.
그러나 이러한 각 공정은 과거의 습관적 업무처리로 인해 다양한 설계 업무 처리과정을 수작업에 의존하거나 부분적으로 전용 프로그램을 이용하여 처리하고 있다. 따라서 각 단계에서 생성된 출력 데이터를 다음 단계에 입력하고자 할 경우 일일이 수작업에 의존하거나 변환과정을 거치는 등 효율성이 저하되고 실수를 유발할 가능성이 높았다.
한편 설계기술의 발전에 따라 다양한 설계 소프트웨어가 개발 및 보급되어 설계자에게 편의성을 제공하였다.
일 예로, 3차원 모델을 생성하는 설계 소프트웨어로는 BIM(Building information Modeling) Authoring Tool 예를 들면, Autodesk-Revit, Bentley-Microstation, Dassault systems-CATIA 등이 종래 개시되었으나, 이들 모델링 소프트웨어는 각기 다른 형태로 Allplan의 smart part script와 같은 매개변수 모델 개발을 위한 도구를 지원하고 있으나 사용자가 해당 도구(개발언어)를 활용하는 경우가 많지 않으며, 활용한다고 하더라도 낮은 상세 수준을 갖는 개별 객체에 대한 구현으로 그치는 것이 일반적이다.
특히 종래 모델링 소프트웨어는 일반적인 설계에는 범용성을 가질 수는 있으나, 도로, 교량, 항만, 제방, 댐, 철도 등 전문적인 토목 분야에 특화된 사용자 환경과 기능 등을 제공하지 않기 때문에 일반적인 BIM Authoring Tool을 이용하기에 어려움이 있었으며, 그 결과 설계 비용과 시간이 과다하게 소용되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개 제2002-0037842호(2002.05.23.)
따라서 본 발명의 목적은 철도 관련 인프라에 대한 매개변수 데이터를 입력할 수 있는 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하고, 이를 통해 입력된 데이터를 기반으로 철도 인프라의 3차원 모델이 구현되도록 하는 철도 인프라 3D 모델링 장치 및 방법을 제공하고자 함이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 철도 인프라 3D 모델링 장치는, 선택된 철도 인프라를 설계함에 있어 요구되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건을 입력할 수 있도록 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건에 기반하여 철도 인프라의 3차원 모델을 생성하는 모델링 프로세서; 및 상기 입력부에서 제공하는 사용자 환경과 상기 모델링 프로세서에서 수행되는 모델링 과정 및 처리 결과를 디스플레이하는 표시부;를 포함하는 것이 특징이다.
한편 본 발명의 철도 인프라 3D 모델링 방법은, 선택된 철도 인프라를 설계함에 있어 요구되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건을 입력할 수 있도록 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하고, 입력된 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건에 기반하여 철도 인프라의 3차원 모델을 생성하는 철도 인프라 3D 모델링 장치를 이용한 모델링 방법에 있어서, 지형 모델을 생성하는 단계; 철도 선형에 대한 3차원 좌표를 생성하는 단계; 건축한계 모델을 생성하는 단계; 궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계; 도상 모델을 생성하는 단계; 및 성토 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 지형 모델을 생성하는 단계는, 3차원 모델을 생성할 철도 선형의 범위를 결정하는 단계; 해당 지역에 대한 3D 현황의 측량 데이터, 수치 지형 데이터, 지반조사 데이터를 포함하는 지역정보를 수집하는 단계; 상기 철도 선형의 범위와 지역정보를 기반으로 지표면 삼각망을 생성하는 단계; 및 암질 분포가 반영된 3D 지형정보 모델을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 철도 선형에 대한 3차원 좌표를 생성하는 단계는, 모델 생성 범위에 대한 철도 선형의 3차원 좌표 데이터를 불러오거나 선형 설계도면의 2D 라인으로부터 3차원 좌표를 추출하여 생성할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 건축한계 모델을 생성하는 단계는, 기설정된 기준 선형을 바탕으로 건축한계 단면을 프로파일로 적용하여 3D 건축한계 모델을 생성할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계는, 적용할 궤도 및 침목의 유형을 결정하고 결정된 유형의 궤도 및 침목 객체를 2D 도면을 바탕으로 생성하는 단계; 및 기설정된 기준 선형을 바탕으로 적용 궤도 및 침목 단면을 프로파일로 적용하여 3D 궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
하나의 예로써, 곡률을 갖는 기준 선형에 대한 궤도 모델 생성 시, 기설정된 기준 선형에 대한 기준 좌표와 양 궤도 위치의 차이를 고려하여 양측 궤도의 길이가 상이하게 되는 것을 반영하여 모델을 생성한 후, 궤간, 침목의 경사, 레일 패드를 고려하여 궤도를 위치시킬 수 있다.
하나의 예로써, 상기 궤도의 시공 단위 길이를 모델에서 구현할 필요가 있을 경우, 시공 단위 길이를 반영하여 모델을 생성할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 침목 모델을 생성하는 단계에서는, 첫 번째 침목의 거리와 이후 침목들 간 간격을 정의하고, 중심 선형의 방향과 정의된 침목의 간격, 캔트가 반영되어 침목이 배열되도록 모델을 생성할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 도상 모델을 생성하는 단계는, 적용할 도상의 유형을 결정하고 기설정된 기준 선형을 바탕으로 적용 도상 단면을 프로파일로 적용하여 3D 도상 모델을 생성하되, 상기 도상 단면은 적용 설계속도에 대한 표준 단면을 적용할 수 있다.
하나의 예로써, 곡률을 갖는 기준 선형에 대한 도상 모델 생성 시, 도상의 캔트를 반영할 수 있도록 각 절점이 갖는 캔트의 값을 적용하여 모델을 생성할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 성토 모델을 생성하는 단계는, 기설정된 기준 선형을 바탕으로 성토 단면을 프로파일로 적용하여 3D 성토 모델을 생성하되, 상기 성토 단면은 적용 설계속도에 대한 표준 단면을 적용하면서 강화노반, 상부노반, 하부노반 각각에 대하여 독립된 객체가 되도록 모델을 생성할 수 있다.
본 발명의 철도 인프라 3D 모델링 장치 및 방법은 철도 관련 인프라에 대한 매개변수 데이터를 입력할 수 있는 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하고, 이를 통해 입력된 데이터를 기반으로 철도 인프라의 3차원 모델이 구현되도록 함으로써 설계작업에 소요되는 시간의 감소와 편의성을 동시에 제공하는 한편 3차원 모델로 구현되는 결과를 통해 철도 프로젝트의 설계 및 유지 보수에 대한 생산성을 크게 향상시키고 시간을 절감할 수 있으며, 철도 인프라 프로젝트에 대한 실제 시각화와 설계 시나리오를 검증하는데 활용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델링 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델링 방법을 나타내는 블록도.
도 3 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델 생성과정에서 반영되는 매개변수와 모델링 결과를 나타내는 도면.
도 16 내지 도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델링 장치의 사용자 환경(UI) 화면.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델링 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 철도 인프라 3D 모델링 장치(이하 '모델링 장치(10)'라 칭함)는 철도 관련 인프라에 대한 3D 모델을 생성하기 위한 툴(Tool)을 제공할 수 있다. 예를 들면 본 발명의 모델링 장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 입력부(100)와 모델링 프로세서(110) 및 표시부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 입력부(100)는 선택된 철도 인프라를 설계함에 있어 요구되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건을 입력할 수 있도록 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공할 수 있다.
여기서 본 발명에 있어 매개변수라 함은 철도 인프라에 대한 3차원 형상을 구현하는데 필요한 수치 데이터로 정의될 수 있으며, 독립된 하나의 매개변수는 상기 사용자 환경(UI)을 통해 변수명이 부여될 수 있고 필요에 의해 변경이 가능한 데이터일 수 있다.
이러한 매개변수는 사용자 정의에 의해 상기 사용자 환경(UI)으로부터 제공되는 입력창에 입력되는 것이거나, 기저장된 철도 표준도에 의거하여 적합한 데이터가 자동 입력되는 것일 수 있으며, 매개변수 모델 즉, 입력된 매개변수에 따라 3차원 형상이 변경 및 결정될 수 있다.
또한 본 발명에서 언급되는 철도 인프라는 철도를 설계함에 있어 고려될 수 있는 다양한 기반 시설이나, 지형, 구조물 등일 수 있으며, 예를 들면 지형, 철도선형, 건축한계, 궤도, 침목, 도상, 성토(노반), 교량(노반), 터널(노발), 절토 등을 포함할 수 있다.
상기 모델링 프로세서(110)는 매개변수 기반 모델을 생성할 수 있다.
즉 상기 모델링 프로세서(110)는 상기 입력부(100)를 통해 입력되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건에 기반하여 선택된 철도 인프라의 3차원 모델을 생성할 수 있으며, 사용자 명령어에 의해 모델을 생성하는 과정에서 다양한 기능을 수행할 수 있다.
상기 모델링 프로세서(110)는 철도 인프라 데이터베이스(130)를 포함할 수 있으며, 철도 인프라의 3차원 모델을 생성함에 있어 상기 철도 인프라 데이터베이스(130)에 기저장된 데이터를 활용할 수 있다.
일 예로 상기 철도 인프라 데이터베이스(130)는 상기 매개변수 모델들이 객체의 유형별로 집합을 이루어 저장되어 있으며, 상기 모델링 프로세서(110)는 선택된 하나의 유형을 상기 철도 인프라 데이터베이스(130)로부터 추출하여 3D 모델링에 입력 데이터로서 활용할 수 있다.
상기 철도 인프라 데이터베이스(130)에 저장된 데이터는 철도 인프라의 3차원 모델을 생성하는 과정에서 요구될 수 있는 각 객체의 유형별 2D 도면데이터는 물론 상기 2D 도면데이터를 기반으로 생성되는 3D 객체 등이 저장될 수 있다.
그리고 상기 철도 인프라 데이터베이스(130)에는 특정 변수를 선택함에 있어 어떠한 설계기준이 반영되어 있는지 확인할 수 있도록 참고 자료가 저장되어 있으며, 상기 모델링 프로세서(110)에서 해당 변수를 지정하는데 있어 설계자가 관련 설계기준 자료를 용이하게 확인할 수 있도록 하는바, 예를 들면 상기 모델링 프로세서(110)에서는 상기 철도 인프라 데이터베이스(130)에 접근하거나 관련 웹페이지에 접속할 수 있게 하는 링크 기능을 구비할 수 있다.
상기 표시부(120)는 상기 입력부(100)에서 제공하는 사용자 환경(UI)과 상기 모델링 프로세서(120)에서 수행되는 모델링 과정 및 처리 결과를 디스플레이할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델링 방법을 나타내는 블록도이이며, 도 3 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델 생성과정에서 반영되는 매개변수와 모델링 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 철도 인프라 3D 모델링 방법은 앞서 설명한 모델링 장치(10)를 이용하여 철도 인프라에 대한 3D 모델을 생성할 수 있다.
도 2를 참조하면 본 발명의 철도 인프라 3D 모델링 방법은 지형 모델을 생성하는 단계(S100)와 철도 선형에 대한 3차원 좌표를 생성하는 단계(S200)와 건축한계 모델을 생성하는 단계(S300)와 궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계(S400)와 도상 모델을 생성하는 단계(S500) 및 성토 모델을 생성하는 단계(S600)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지형 모델을 생성하는 단계(S100)는 3차원 모델을 생성할 대상이 되는 철도 선형의 범위를 결정하는 단계와, 해당 지역에 대한 3D 현황의 측량 데이터, 수치 지형 데이터(CSV파일), 지반조사 데이터를 포함하는 지역정보를 수집하는 단계 및 상기 철도 선형의 범위와 지역정보를 기반으로 지표면 삼각망을 생성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 철도 선형의 범위를 결정하는 단계에서는 도 3에 도시된 바와 같이 모델로 구현하고자 하는 철도 선형의 구간을 설정하는 것으로, 예를 들면 교량 구간을 모델로 구현하고자 하는 경우 교량의 시점에서부터 종점까지를 선형의 범위로 설정할 수 있으며, 이러한 철도 선형의 범위는 평면선형과 종단선형에서 동일하게 적용될 수 있다.
이때 상기 지역정보의 수집은 정부 기관, 예를 들면 국토해양부 서버로부터 제공되는 오픈 API을 활용할 수 있다.
이와 같은 지형모델을 생성함에 있어 요구되는 데이터들은 앞서 설명한 사용자 환경(UI)을 제공하는 입력부(100)를 통해 입력할 수 있으며, 상기 모델링 프로세서(110)의 철도 인프라 데이터베이스(130)에 저장될 수 있다.
그리고 상기 모델링 프로세서(130)에서는 상기 철도 선형의 범위와 수집된 지역정보를 기반으로 지표면 삼각망을 생성하게 되는데, 수집된 지표면에 대한 자료 즉 수치지형도 데이터의 경우 지표면에 위치한 다수의 점들에 대한 3차원 좌표들의 집합이므로 이를 3차원 면으로 생성할 때 최단 거리에 위치한 3개의 점으로 삼각형을 생성함으로써 3개의 점을 통해 평면을 정의할 수 있게 되고, 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 삼각형으로 이루어진 그물 구조를 복합적으로 생성하여 지표면 삼각망을 생성하게 된다.
이에 더하여 상기 지형 모델을 생성하는 단계(S100)는 암질 분포가 반영된 3D 지형정보 모델을 생성하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 이 과정에서는 도 5에 도시된 바와 같이 암질 유형별로 각각 솔리드(solid) 객체를 생성하여 절토 양상을 결정할 수 있도록 한다. 여기서 상기 솔리드 객체는 내부가 채워져 있는 객체 즉, 부피가 산정되는 객체를 의미한다.
한편 상기 철도 선형에 대한 3차원 좌표를 생성하는 단계(S200)는 모델 생성 범위에 대한 철도 선형의 3차원 좌표 데이터를 상기 철도 인프라 데이터베이스(130)로부터 직접 불러오거나, 신규 생성일 경우 선형 설계 도면의 2D 라인으로부터 3차원 좌표를 추출하여 생성할 수 있다.
즉 도 6에 도시된 바와 같이 철도 선형의 평면 선형과 종단 선형에 대한 2차원 라인에 포함되는 같은 수의 절점을 생성한 이후, 각 절점에 대한 평면좌표와 수직좌표를 각각 추출하여 생성하도록 하며, 신규로 생성한 철도 선형의 3차원 좌표 데이터는 상기 철도 인프라 데이터베이스(130)에 저장되어 누적 데이터로서 업데이트됨에 따라 향후 3D 모델링 과정에 활용될 수 있도록 한다.
상기 건축한계 모델을 생성하는 단계(S300)는 먼저 적용 건축한계를 정의할 수 있다. 예를 들면 상기 건축한계 모델을 생성하는 단계(S300)에서는 상기 입력부(100)의 사용자 환경(UI)을 통해 건축한계 데이터를 직접 입력할 수 있으며, 상기 모델링 프로세서(110)에서는 기설정된 기준 선형 즉, 철도 선형을 바탕으로 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 건축한계 단면을 프로파일로 적용하여 3D 건축한계 모델을 생성하게 된다.
여기서 앞서 언급한 '프로파일'이라 함은 건축한계, 궤도(철도레일) 등과 같이 철도 선형 좌표에 의해 형상이 결정되는 객체의 경우 해당 객체의 단면으로, 다시 말해 선형에 따라 연장하게 될 객체의 단면을 의미한다.
그리고 '건축한계'라 함은 교통 안전을 확보하기 위하여 철도에 장애가 되는 공작물이나 구축물의 설치가 허용되지 않는 공간 범위로서, 철도를 설계할 때 열차가 궤도 위에서 차지할 수 있는 범위를 의미하며, 이는 철도 표준도에 의거하여 입력될 수 있고 바람직하게는 건설 규칙에서 제시하는 상황에 대하여 건축한계를 축소할 수 있는 한계를 구현할 수 있도록 한다.
이후 상기 궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계(S400)을 수행하게 되는데, 이 과정에서는 먼저 도 11에 도시된 바와 같이 적용할 궤도 및 침목의 유형을 결정하고 결정된 유형의 궤도 및 침목 객체를 2D 도면을 바탕으로 생성한 후, 기설정된 기준 선형을 바탕으로 적용 궤도 및 침목 단면을 프로파일로 적용하여 3D 궤도 및 침목 모델을 생성하게 된다.
예를 들어 상기 궤도는 도 9에서와 같이 UIC60, 60kgKR, 50kgN 등 적용 대상 궤도의 유형을 정의하고, 정의한 궤도의 유형에 대한 2D 도면을 참조하여 궤도의 객체를 생성하게 되고, 생성한 객체을 적용하여 3D 궤도 모델을 생성할 수 있다.
이때 곡률(곡선)을 갖는 기준 선형에 대한 궤도 모델 생성 시에는 도 10에 도시된 바와 같이 기설정된 기준 선형에 대한 기준 좌표와 나란히 배치되는 양측 궤도의 위치 차이를 고려하여, 양측 궤도의 길이가 상이하게 되는 것을 반영하여 모델을 생성한 후, 궤도의 간격, 침목의 경사, 레일 패드를 고려하여 궤도를 위치시키도록 한다.
또한 상기 궤도의 시공 단위 길이를 모델에서 구현할 필요가 있을 경우에는 궤도의 시공 단위 길이 즉, 연속으로 배치되도록 단위 궤도가 구성되는 경우 각 단위 궤도의 길이를 결정하고 이를 반영하여 모델을 생성하도록 한다.
상기 침목 역시 일반용 PC, 곡선용PC, BI-Block 등 적용 대상 침목의 유형을 정의하고, 이후 정의한 침목의 유형에 대한 2D 도면을 참조하여 궤도의 객체를 생성하며 생성한 객체을 적용하여 3D 궤도 모델을 생성하는 것으로, 침목뿐 아니라 앞서 설명한 궤도 모델이 철도 인프라 데이터베이스(130)에 기저장되는 경우 사용자 환경(UI)의 불러오기 기능을 통해 내려받아 그대로 적용하거나, 설계도를 참조한 2D 도면을 통해 신규 생성하고 이를 철도 인프라 데이터베이스(130)에 등록 및 저장할 수 있다.
상기 침목 모델을 생성함에 있어서는 첫 번째 침목의 거리와 침목 간의 간격 등을 정의하고 침목의 배열을 결정하게 된다.
이때 첫 번째 침목의 거리란, 최초 철도 인프라 모델을 구현할 때 모델로 구현될 범위를 지정하게 되는데 이때 그 이전 범위에서 마지막 침목과 현재 모델 구현 범위에서의 첫 번째 침목 사이의 거리를 의미하는 것이며, 침목 간의 간격은 통상 600mm을 유지해야 하기 때문에 이를 반영할 수 있도록 침목 관련 매개변수를 입력하도록 한다.
또한 침목을 배열함에 있어 중심 선형의 방향 즉 철도 선형의 방향을 따라, 그리고 정의된 침목의 간격과 캔트가 반영되어 침목이 배열되도록 모델을 생성한다.
여기서 상기 캔트는 열차가 곡선 구간을 지날 때 받을 수 있는 원심력을 제어하기 위하여 두 레일 중 외부 레일을 수직방향으로 상승시킨 높이를 의미하는 것으로, 통상 철도 차량이 곡선 지점을 원활하게 통과할 수 있도록 안쪽 레일을 기준으로 바깥쪽 레일을 높게 부설하게 되므로 이를 고려하여 사용자 환경(UI)을 통해 매개변수로 캔트량을 입력하여 적용될 수 있도록 한다.
특히 침목의 모델 생성에 있어서는 도면에 도시된 바 없으나 상세 수준의 모델을 구현하고자 하는 경우, 레일 체결장치에 대한 모델을 요구하게 되는데, 상기 레일이나 침목과 마찬가지로 레일 체결장치 객체를 철도 인프라 데이터베이스(130)로부터 내려받거나 2D 도면 예를 들면, 궤도 용품도를 참고하여 3D 모델을 신규 생성할 수 있으며, 신규 생성한 모델은 철도 인프라 데이터베이스(130)에 등록 및 저장될 수 있다.
한편 상기 도상 모델을 생성하는 단계(S500)는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 먼저 적용할 도상의 유형을 결정하고, 기설정된 기준 선형을 바탕으로 적용 도상 단면을 프로파일로 적용하여 3D 도상 모델을 생성하되, 상기 도상 단면은 적용 설계속도에 대한 표준 단면을 적용하도록 한다.
상기 설계속도는 설계할 구간을 지나는 열차의 설계속도를 의미하는 것으로, 철도는 크게 일반철도와 고속철도로 구분되기 때문에 설계속도에 따라 도상이나 궤도 등 철도 인프라 객체의 형상을 다르게 설계되어야 할 필요성이 있다.
또한 상기 도상 모델을 생성하는 단계(S500)에서도 곡률을 갖는 기준 선형에 대한 도상 모델을 생성할 수 있는데, 이 경우 도상의 캔트를 반영할 수 있도록 각 절점이 갖는 캔트의 값을 적용하여 모델을 생성하도록 매개변수로서 도상에 대한 캔트값을 입력할 수 있다.
즉 철도 선형은 계획 선형을 나타내는 3차원 좌표점의 집합으로 이루어진 데이터로 각 점을 절점이라고 표현할 수 있으며, 캔트량의 분포 예를 들어 곡선 구간의 시작점에서 0mm이고 곡선구간의 중간점에서 100mm이면 그 사이에 99개의 절점이 존재하기 때문에 시작점에서 중간점까지의 캔트값은 절점당 1mm씩 선형으로 증가하게 하거나, 현재 절점과 앞, 뒤의 절점으로 정의되는 곡률을 캔트값 공식에 대입하여 산정되는 캔트값이 반영되게 해야 할 것이다.
상기 성토 모델을 생성하는 단계(S600)는 기설정된 기준 선형을 바탕으로 성토 단면을 프로파일로 적용하여 3D 성토 모델을 생성하되, 상기 성토 단면은 적용 설계속도에 대한 표준 단면을 적용하면서 도 15에 도시된 바와 같이 강화노반, 상부노반, 하부노반에 대한 독립된 객체가 되도록 모델을 생성하며, 상부 및 하부노반에 대하여 설계기준이 제시하는 성토 기울기가 반영되도록 모델을 생성한다.
즉 상기 모델링 프로세서(110)는 강화노반, 상부노반, 하부노반 각각에 대한 데이터를 요구하고, 기입력된 매개변수 데이터에 의거하여 강화노반, 상부노반, 하부노반 각각을 구분하도록 모델링할 수 있다.
그리고 철도 인프라에 있어 성토 역시 적용 설계속도에 따라 흙을 쌓는 방법이나 사면의 표준이 다르기 때문에 설정된 적용 설계속도에 대한 성토 표준 단면을 고려하여 매개변수로서 성토 기울기값을 사용자 환경(UI)을 통해 입력 및 정의하도록 하며, 모델링 프로세서에서는 입력된 성토 기울기값을 반영하여 도 15와 같은 3D 성토 모델을 생성하게 된다.
여기서 상기 노반이라 함은 철도의 성토 구간에서 열차하중 분산을 목적으로 흙을 쌓은 것을 의미하는 것으로, 강화노반은 도상 바로 하부에서 직접적으로 하중을 받는 노반층이며, 상부노반은 강화노반의 하부층이고, 하부노반은 상부노반의 하부층이다.
도 16 내지 도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도 인프라 3D 모델링 장치의 사용자 환경(UI) 화면이다.
이하에서는 도 16 내지 도 22를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 환경(UI) 표시 화면과, 상기 사용자 환경(UI)을 통해 정의되는 매개변수 데이터의 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 16은 철도 선형의 3차원 좌표 생성에 대한 사용자 환경(UI) 화면을 나타낸다. 사용자 환경(UI)을 통해 설계속도를 입력 및 설정할 수 있다. 예를 들면 도 16에 도시된 설계 속도별 도상 및 노반 표준 단면을 고려하여 설계자가 설계속도를 임의 입력할 수 있으며, 설계속도를 적용하지 않을 경우에는 매개변수로서 단면 결정 치수를 설계자가 직접 입력하여 정의할 수 있다.
그리고 선형 좌표를 생성함에 선형 입력 유형은 특정 경로 예를 들면 철도 인프라 데이터베이스(130)와 같은 저장 공간으로부터 선택된 하나의 파일을 불러올 수 있으며, 선형 좌표가 직선인 경우에는 매개변수로서 길이 및 방향 등에 대한 데이터를 설계자가 임의 입력할 수 있도록 한다.
도 17은 건축한계 모델 생성에 대한 사용자 환경(UI) 화면을 나타낸다.
건축한계 모델을 생성하기 위하여 입력부(100)의 사용자 환경(UI)를 통해 건축한계 관련 매개변수를 입력할 수 있다.
즉 도 17을 참조하면 사용자 환경(UI)에서는 건축한계 모델을 생성하는 과정에서 레이어를 선택하거나 건축한계 축소의 경우 상부한계 등을 선택할 수 있으며, 이러한 매개변수의 선택 및 입력에 따라 3D 건축한계 모델이 생성될 수 있다.
또한 사용자 환경(UI)에서는 보기/숨기기와 같이 모델의 정합성 검토를 위한 보기 Boolean 설정을 선택할 수 있다.
상기 언급한 'Boolean'이란 yes 또는 no(1 또는 0)으로 정의되는 변수의 유형을 의미하며, 이러한 변수의 설정을 통하여 객체의 보기/숨기기 기능을 구현 할 수 있다. 이러한 기능은 건축한계 모델뿐 아니라 철도 인프라를 구성하는 객체들에 대하여 모두 지원하고 있으며, 해당 기능을 통하여 레이어의 기능을 대신할 수 있을 뿐 아니라 해당 변수로 3차원 모델 구현에 소요되는 연산시간을 감소시킬 수 있다.
특히 사용자 환경(UI)에서는 건축 한계와 같이 설계 기준문서나 철도표준도 등을 참조하여 특정 변수를 입력 또는 선택해야되는 경우, 작업의 용이성을 위하여 관련 참고자료를 바로 확인할 수 있는 링크 기능을 제공하도록 한다.
도 18은 궤도 모델 생성에 대한 사용자 환경(UI) 화면을 나타낸다.
도 18을 참조하면, 사용자 환경(UI)을 통해 궤도 관련 매개변수를 입력 및 정의할 수 있다. 예를 들면 궤도의 유형을 선택할 수 있고, 궤간의 길이와 시공단위 길이 등과 같은 매개변수 데이터를 입력하여 정의할 수 있으며, 정의된 매개변수가 반영된 3D 모델을 생성하여 표시할 수 있다.
도 19 및 도 20은 침목 모델 생성에 대한 사용자 환경(UI) 화면을 나타낸다.
침목 모델을 생성하기 위한 사용자 환경(UI) 역시 기본적으로 보기/숨기, 레이어, 유형 등을 선택할 수 있도록 하며, 매개변수로서 궤도 거치면 경사 등을 입력하여 정의할 수 있다.
그리고 매개변수로서 침목의 상세 수치를 입력하여 정의할 수 있는 바, 도 19에 도시된 바와 같이 침목 하부폭, 침목 상부폭(대, 중, 소), 침목 수직 길이(하, 중, 상), 단부의 길이, 침목의 반장 등 침목의 기준 단면, 단부 단면, 중앙 단면, 경사부 단면을 포함하는 침목의 단면 형상에 대한 치수를 구체적으로 입력하여 정의할 수 있다.
또한 도 20에 도시된 바와 같이 상기 사용자 환경(UI)을 통해 첫 번째 침목의 거리와 침목 설치 간격 등을 입력하여 정의할 수 있다.
도 21은 도상 모델 생성에 대한 사용자 환경(UI) 화면을 나타낸다.
도 21에 따르면, 상기 사용자 환경(UI)을 통해 시단부와 종단부의 캔드량을 입력할 수 있으며, 캔트량의 입력을 통해 해당 구간 내의 절점에 선형으로 변화하는 캔트량을 부여할 수 있다.
그리고 설계속도에 따른 도상 표준 단면 치수를 정의할 수 있으며, 도상 단면의 형상은 적용 설계속도에 대하여 표준도에 정의된 형상이 정의되거나 설계자가 직접 입력할 수 있다.
도 22는 성토(노반) 모델 생성에 대한 사용자 환경(UI) 화면을 나타낸다.
도 22를 참조하면 상기 사용자 환경(UI)에서는 성토(노반) 모델을 생성함에 있어 강화노반, 상부노반, 하부노반 각각에 대한 레이어를 설정할 수 있으며, 적용된 설계속도에 의해 결정되는 강화노반의 두께, 상부노반의 두께 및 기울기, 하부노반의 소단 적용 높이 및 기울기 정보를 제공하여 이를 확인할 수 있으며, 이러한 성토 단면의 높이 및 기울기 등이 반영된 3D 성토 모델이 생성하여 표시할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
10 : 본 발명의 모델링 장치
100 : 입력부 110 : 모델링 프로세서
120 : 표시부 120 : 철도 인프라 데이터베이스

Claims (12)

  1. 선택된 철도 인프라를 설계함에 있어 요구되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건을 입력할 수 있도록 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하는 입력부;
    상기 입력부를 통해 입력되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건에 기반하여 철도 인프라의 3차원 모델을 생성하는 모델링 프로세서; 및
    상기 입력부에서 제공하는 사용자 환경과 상기 모델링 프로세서에서 수행되는 모델링 과정 및 처리 결과를 디스플레이하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 장치.
  2. 선택된 철도 인프라를 설계함에 있어 요구되는 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건을 입력할 수 있도록 사용자 환경(UI ; User Interface)을 제공하고, 입력된 매개변수 데이터와 사용자 정의 및 조건에 기반하여 철도 인프라의 3차원 모델을 생성하는 철도 인프라 3D 모델링 장치를 이용한 모델링 방법에 있어서,
    지형 모델을 생성하는 단계;
    철도 선형에 대한 3차원 좌표를 생성하는 단계;
    건축한계 모델을 생성하는 단계;
    궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계;
    도상 모델을 생성하는 단계; 및
    성토 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지형 모델을 생성하는 단계는,
    3차원 모델을 생성할 철도 선형의 범위를 결정하는 단계;
    해당 지역에 대한 3D 현황의 측량 데이터, 수치 지형 데이터, 지반조사 데이터를 포함하는 지역정보를 수집하는 단계;
    상기 철도 선형의 범위와 지역정보를 기반으로 지표면 삼각망을 생성하는 단계; 및
    암질 분포가 반영된 3D 지형정보 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 철도 선형에 대한 3차원 좌표를 생성하는 단계는,
    모델 생성 범위에 대한 철도 선형의 3차원 좌표 데이터를 불러오거나 선형 설계도면의 2D 라인으로부터 3차원 좌표를 추출하여 생성하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 건축한계 모델을 생성하는 단계는,
    기설정된 기준 선형을 바탕으로 건축한계 단면을 프로파일로 적용하여 3D 건축한계 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계는,
    적용할 궤도 및 침목의 유형을 결정하고 결정된 유형의 궤도 및 침목 객체를 2D 도면을 바탕으로 생성하는 단계; 및
    기설정된 기준 선형을 바탕으로 적용 궤도 및 침목 단면을 프로파일로 적용하여 3D 궤도 및 침목 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    곡률을 갖는 기준 선형에 대한 궤도 모델 생성 시,
    기설정된 기준 선형에 대한 기준 좌표와 양 궤도 위치의 차이를 고려하여 양측 궤도의 길이가 상이하게 되는 것을 반영하여 모델을 생성한 후, 궤간, 침목의 경사, 레일 패드를 고려하여 궤도를 위치 시는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 궤도의 시공 단위 길이를 모델에서 구현할 필요가 있을 경우,
    시공 단위 길이를 반영하여 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 침목 모델을 생성하는 단계에서는,
    첫 번째 침목의 거리와 이후 침목들 간 간격을 정의하고, 중심 선형의 방향과 정의된 침목의 간격, 캔트가 반영되어 침목이 배열되도록 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 도상 모델을 생성하는 단계는,
    적용할 도상의 유형을 결정하고 기설정된 기준 선형을 바탕으로 적용 도상 단면을 프로파일로 적용하여 3D 도상 모델을 생성하되, 상기 도상 단면은 적용 설계속도에 대한 표준 단면을 적용하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    곡률을 갖는 기준 선형에 대한 도상 모델 생성 시,
    도상의 캔트를 반영할 수 있도록 각 절점이 갖는 캔트의 값을 적용하여 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 성토 모델을 생성하는 단계는,
    기설정된 기준 선형을 바탕으로 성토 단면을 프로파일로 적용하여 3D 성토 모델을 생성하되, 상기 성토 단면은 적용 설계속도에 대한 표준 단면을 적용하면서 강화노반, 상부노반, 하부노반에 대한 독립된 객체가 되도록 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 철도 인프라 3D 모델링 방법.
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