KR20190064035A - 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DAS(Distributed Acoustic Sensing)를 통한 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 철로를 따라 분산음향광센서를 설치한 상태에서 특정 열차에서 열차가 운행 중에 발생시키는 소리와 구분되는 의도된 음향신호를 발생하여 상기 분산음향센서를 통해 특정 열차와 해당 열차가 운행하고 있는 철로의 상태를 포함한 철도운행 상태를 감시하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR MONITORING RAILROADING STATUS BASED ON DISTRIBUTED ACOUSTIC SENSOR AND A METHOD THEREOF}

본 발명은 DAS(Distributed Acoustic Sensing)를 통한 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 철로를 따라 분산음향광센서를 설치한 상태에서 특정 열차에서 일반 열차의 소리와 구분되는 의도된 음향신호를 발생하여 상기 분산음향센서를 통해 특정 열차와 해당 열차가 운행하고 있는 철로의 상태를 포함한 철도운행 상태를 감시하는 시스템 및 그 감시 방법에 관한 것이다.

분산음향광센서는 광파이버를 통해서 광범위한 영역에서 발생하는 음향 정보를 수집하여 해당 지역을 모니터링(감시)하는 데 사용될 수 있고, 상기 분산음향광센서(DAS)를 열차 추적 시스템에 적용하면, 열차운행의 안전성 확보 및 사고 발생 시 즉각적인 조치로 피해를 최소화할 수 있다.

최근 철로의 직선화를 위해 터널이나 다리가 많이 건설되고 있으며, 이로 인해서 터널이 장대화되고 철로는 직선화되고 있으며, 그 결과 열차가 점점 고속화되고 있는 추세이다. 따라서 열차관련 사고가 발생하면 대형사고로 이어질 수 있어, 사고에 대한 대처가 어렵고 인명 등 피해가 증가할 수 있다. 이러한 대형사고를 미연에 방지하기 위해 미래의 철도 시스템의 근간이 되는 철도운행 상태 감시 시스템을 개발하고 있다. 특히 사막, 산악지역, 열대우림 등 사람이 근접하기 힘든 구간, 터널 구간 등에는 이러한 철도운행 상태 감시 시스템의 필요성이 더욱 크다.

아웃도어 위치 추적 시스템으로 GPS(Global Positioning System)가 많이 사용되고 있으나, GPS의 경우는 터널 내에서는 전파가 감지되지 않아 별도로 외부와 연결되는 안테나를 설치하지 않는 한 제대로 동작하지 못하는 단점이 있다. 특히 터널이 장대화되면서 GPS의 사각 지역이 더욱 확대되고 있는 상황이다. 장대화된 터널내의 사고는 큰 재난으로 발전할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 수단이 점차 더 중요해지고 있다.

현재 분산음향광센서를 철로 변에 포설하여 열차가 운행할 때 발생하는 음향을 중앙 관제 센터에서 실시간으로 수집 및 분석하여 열차 추적을 수행하는 열차 추적 및 제어 시스템이 개발되어 있다. 보통 열차 추적은 열차 간 지켜야 할 간격 제어를 위해 필요하다. 또한 열차를 추적하는 기능과 더불어 열차 바퀴에서 정상적으로 나는 소리 및 철로의 파손으로 인한 소리 등에 대한 음향 수집과 학습 및 분석을 통해 문제점을 발견하고 적절한 조치를 취하게 하는 것이 필요하다.

기존의 분산음향광센서를 이용한 열차 추적 및 제어 시스템은 광범위하게 설치된 광선로로 음향 데이터의 특징을 반영한 광신호를 수집하고, 상기 수집된 음향 데이터의 특징을 분석하여 현장의 상태를 판단한다. 또한 정확한 상태 분석을 위해서 학습 등 여러 가지 고도의 기법을 적용하지만 물체를 정확하게 구분하는데 어려움이 많은 것으로 알려져 있다. 따라서 상당한 많은 경우에 오탐지를 방지하기 위해 풍향계 등 여러 가지 보조 수단을 사용하는 경우도 있지만, 여전히 완전하게 해결하기는 어려운 실정이고, 비교적 간단하게 효율적으로 이 문제를 해결할 방법이 필요한 실정이다.

그러나 열차의 경우는 음향이 워낙 강하고 특히 레일 구간이 어느 정도 폐쇄된 구간이고 특화된 구간이기 때문에 열차를 구분하기는 그리 어렵지 않다. 그러나 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있으며, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에는 오탐지의 우려가 여전히 존재한다.

따라서 본 발명에서는 각 열차에서 미리 할당된 주파수의 의도적인 음향을 발생하도록 하여 각 열차마다 상태를 구분하여 모니터링하거나 제어할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저 미국공개특허 제2015-0000415 A1호(2015.01.01.)는 열차 분리 감지에 관한 것으로, 하나 이상의 철도 차량/캐리지가 우연히 열차의 나머지 부분과 분리되는 열차 분리를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 방법은 철도를 따라 복수의 종 방향 음향 센서 부분들을 제공하여 적어도 하나의 광섬유에서 분산된 음향 감지를 수행한다. 음향 반응은 열차 분리를 나타내는 징후(signature)를 검출하기 위해 분석된다. 이 방법은 열차의 서로 다른 두 부분과 관련된 음향 이벤트를 검출하고 두 이벤트 사이의 간격이 임계값을 초과할 때를 검출하는 것을 포함하며, 또한 열차의 전방 및 열차의 후방을 식별하고 전후방 사이의 거리가 임계치 이상으로 변화하는 것을 검출한다. 또는 트랙 피쳐를 통과하는 바퀴 세트와 관련된 소리가 인접 객차(화물차)의 바퀴 세트 사이의 간격을 결정하고 간격이 임계값을 초과할 때를 결정하는데 사용된다. 임계값은 트랙 피처를 통과하는 동일한 객차(화물차)의 바퀴 세트 사이의 간격에 기초 할 수 있다.

상기 선행기술은 열차 분리를 감지하기 위해 분산음향광센서를 사용하나, 여전히 본 발명에서 문제점으로 제시하는 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있어, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에 여전히 오탐지의 우려가 있다.

또한 미국등록특허 제9580092 B2호 (2017.02.28.)는 철도 시스템에서 궤도차량을 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 철도 트랙 옆에 배치되고 광 펄스가 공급되는 적어도 하나의 광 도파관을 제공하고, 상기 광 도파관을 분산음향광센서로 사용하고, 후방산란광을 검출하는 것을 포함한다. 엄격한 안전 요구 사항을 비교적 쉽게 충족시키도록 구성하기 위해서, 비상사태를 나타내는 방식으로 주파수 스펙트럼의 관점에서 조정될 수 있는 음향발생기를 갖는 철도차량이 사용되며, 음향발생기가 활성화되면, 음향발생기의 조정된 비상 주파수 스펙트럼에 해당하는 주파수 스펙트럼이 후방 산란된 빛에서 검출되면 철도차량의 비상 신호가 획득되는 철도시스템이 제공된다.

상기 선행기술은 비상상태에 철도차량의 운전자가 음향발생기를 작동시키면 음향발생기는 비상사태를 표시해 주파수 스펙트럼을 가진 음향신호를 방출하여 철도시스템에 비상 신호가 전달되도록 하는 것으로, 운전자가 능동적으로 비상상태임을 판단하여 비상신호를 철도시스템에 전달하는 것이므로, 본 발명에서 각 열차마다 설정된 소정의 주파수를 가지는 음향신호를 지속적으로 발생함으로써, 상기 선행기술의 철도운행 상태 감시 시스템에서 철로나 열차의 상태를 감시하는 것과 기술적 특징에 차이점이 있다. 즉, 본 발명은 열차에서 지속적으로 전송하는 음향신호를 분석하여 열차나 철로의 상태를 파악하는 것(수동적)이므로, 상기 선행기술에서 제시한 운전자에 의한 비상신호를 전달하여 비상상태라는 정보를 제공하는 것(능동적)과 동작개념이 상이하다.

본 발명은 분산음향광센서를 통한 열차의 재동이상, 고장, 철로의 고장여부 등을 포함한 상태를 검출하는 것으로, 철로나 철로의 주변에 특정 주파수의 음향을 수신할 수 있는 분산음향광센서를 설치하고, 열차의 선두와 후미에서 특정 주파수의 음향 또는 상기 특정 패턴의 음향을 주기적으로 송신하여, 상기 분산음향광센서를 통해 전달되어 온 광신호로부터 상기 열차의 선두와 후미에서 송신한 음향신호를 해석하여 열차의 운행 상태를 감시하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 열차가 운행 도중에 제동장치에 이상이 생겨 일부 객차가 분리되거나 철로에 손상을 입히는 문제를 해결하기 위해서 음향센서를 이용하여 열차의 선두와 후미의 통과시간을 모니터링함으로써, 저렴하고 효과적으로 열차의 재동이상여부를 검출하는 방법과 그 장치를 제시하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 음향센서를 이용하여 열차의 운행 상태, 즉 선두가 지나간 다음 얼마의 시간 간격으로 후미가 철로의 특정 지점을 지나가는지 검출함으로써, 열차의 운행 상태를 모니터링하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 열차가 운행 도중에 제동장치의 공기압 이상으로 인해서 제동이 걸린 상태에서 운행을 지속함으로써, 철로와 객차의 바퀴가 과열되고, 이로 인해서 철로와 객차의 바퀴가 손상을 입는 경우가 빈번하게 발생하고 있으며, 이러한 상태가 지속되면 결국 대형 사고로 이어지게 되는 문제를 해결하기 위해서 열차의 바퀴에서 나는 소음을 측정하여 해당 소음이 제동이상으로 인한 것인지 구분하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 분산음향광센서를 통해 보다 저렴하고 오차없이 열차의 운행 상태를 모니터링하기 위한 것으로, 분산음향광센서는 특정 주파수를 지정하여 사용하므로, 열차의 진동이나 소음에 무관하게 해당 열차의 선두와 후미가 특정 지점을 어떻게 통과하는지 그 상태를 정밀하게 모니터링할 수 있고, 문제가 발생한 위치를 열차 혹은 선로 상에서 정밀하게 추적하여 해당 위치에 대한 유지보수가 용이하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철로 상을 운행하는 적어도 하나 이상의 차량을 포함하는 적어도 하나 이상의 열차에서, 상기 열차의 적어도 하나 이상의 부분에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출하는 음향신호 발생장치를 포함하며, 상기 음향신호를 통해서 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감지하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 음향신호 발생장치는, 상기 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 상기 음향신호를 생성하도록 상기 프로파일을 네트워크 또는 콘솔로부터 입력받으며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 하며, 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되거나 복수의 차량에 설치되어, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지하도록 함으로써, 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템은, 철로 상을 운행하는 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 열차에 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서 및 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 전달하는 음향신호 중계장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 음향신호 중계장치는, 상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 포함하며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있는 것을 특징으로 한다. 아울러 상기 음향신호 중계장치는, 상기 광신호를 수신하여 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서, 선두차량과 후미차량 사이의 길이를 분석하거나, 복수의 차량들 사이의 음향에 대한 차이를 분석하거나 또는 이들의 조합에 대한 분석을 통해서, 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차와 철로의 상태 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템은, 적어도 하나 이상의 열차에 대해서, 철로 상을 운행하는 각 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 각 열차마다 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 수집하며, 상기 수집한 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 음향정보를 분석하여, 상기 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법은, 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 철로 상을 운행하는 열차의 적어도 하나 이상의 부분에서 발생시킨 각 열차에서 고유한 주파수로 송출된 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 수신하는 단계 및 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 상태를 분석하는 단계는, 상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 더 포함하며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 상태를 분석하는 단계는, 상기 광신호를 수신하여 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서, 선두차량과 후미차량 사이의 길이를 분석하거나, 복수의 차량들 사이의 음향에 대한 차이를 분석하거나 또는 이들의 조합에 대한 분석을 수행하며, 상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 철도 운행상태 감시(모니터링) 시스템 및 그 방법에 따르면, 본 발명에서는 운행 중인 열차에서 철로에 인접하여 포설된 분산음향광센서 쪽으로 의도적으로 음향을 발생하여, 철도운행 상태 감시 시스템에서 간단하고 명확하게 분석 및 탐지하도록 한다. 기존의 철도운행 상태 감시 시스템에서는 여러 가지 특정 물체 및 상황을 구분하기 위해 학습 등 어려운 알고리즘이 필요하였지만, 본 발명에서 제시하는 시스템은 단순 필터링을 통해 열차의 운행 궤적을 추적할 수 있어 시스템 개발이 단순하고 용이하며, 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있어, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에도 오탐지의 우려가 줄어드는 효과가 있다.

특히 열차의 선두와 선미에 서로 다른 주파수의 음향을 발생하도록 설치하게 되면, 열차의 간격을 정확하게 측정할 수 있어, 열차의 분리 등으로 인한 문제가 발생하였을 경우에도 신속하고 용이하게 탐지할 수 있으며, 또한 열차의 상태를 추적 관리할 수 있는 효과가 있다.

광센서의 경우 전자파 간섭이 없고, 습기에 강한 장점이 있어, 복잡하게 얽혀있는 철도망에서의 철도운행 상태 감시 시스템에 적용하기 유리하며, 특히 전 구간을 연속적으로 관리할 수 있는 장점이 있고, 이러한 연속적인 관리는 문제 발생 시 실시간으로 감지하여 피해를 방지 또는 최소화한다는 점에서 재난방지에 중요한 측면이 있다.

또한 철도운행 상태 감시 시스템을 설치하는 경우, 일반적인 IoT 단말은 전 구간을 관리하기 위해 많은 수의 단말을 사용하여야 되기 때문에 유지보수 및 관리가 어려운 단점이 있다. 그러나 분산음향광센서는 수동형 센서이기 때문에, 전원이 필요한 제어 시스템의 수요가 최소화(현재 500키로 구간에 5대 필요) 되어 유지보수관리가 쉽고, 비용 절감에도 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 발생장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 중계장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 수행하는 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 개념을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 철도운행 상태 감시 시스템(10)을 최상위 시스템으로 하여, 상기 철도운행 상태 감시 시스템(10)은 음향신호 발생장치(100), 분산음향광센서, 음향신호 중계장치(200) 및 철도운행 상태 감시 시스템(300)를 포함한다. 여기서 철도운행 상태 감시 시스템은 또한 음향신호 발생장치(100), 분산음향광센서, 음향신호 중계장치(200) 및 철도운행 상태 감시 장치(300)를 포함하는 개념이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위해서, 본 발명은 각 열차마다 고유한 주파수의 음향신호를 발생하여 송출함으로써, 각 열차마다 고유한 운행 상태 감시가 가능하도록 한다. 감시한 결과에 따라 운용자는 무선통신이나 위성통신을 이용하여 열차를 제어하거나, 열차의 설정값을 변경할 수 있다. 이러한 개념은 철도의 운행 상태를 감시하는 기능에 더하여 제어하는 기능으로 분류할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도운행 상태 감시 시스템(10)은 철도운행 상태 감시 장치(300)를 통해서 감시한 결과를 이용하여 열차나 철도시스템을 제어하도록 정보를 제공하는 역할을 수행한다.

먼저 본 발명의 일 실시예에 따르면 철로와 일정거리로 이격하여 철로의 주변에 분산음향광센서가 상기 철로에 평행하여 포설되어 있다. 종래에는 분산음향광센서를 포설하여 단순히 열차가 지나갈 때 열차가 내는 소리를 감지하도록 구성하고 있다. 이 경우에는 열차가 서로 반대방향으로 지나갈 때, 도심환경에서 열차가 서로 교차하여 지나갈 때, 열차가 정지하고 있는 상태에는 해당 열차의 상태를 파악하기 어려운 문제가 있었다.

이에 본 발명에서는 각 열차마다 고유의 음향신호를 주기적으로 발생하여 열차를 구분하면서, 열차가 교차하거나 정지 상태에 있더라도 열차의 운행상태를 파악할 수 있도록 하고자 한다.

따라서 각 열차마다 적어도 하나 이상 구비하고 있는 음향신호 발생장치(100)에서 특정 주파수의 음향신호를 발생하면, 상기 음향신호가 광파이버에 후방산란을 일으켜 주파수마다 서로 상이한 후방산란 광신호를 발생한다.

이러한 후방산란 광신호는 음향신호 중계장치(200)에서 수집되어 유무선통신망을 통해서 철도운행 상태 감시 장치(300)에 전달되며, 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)는 복수의 열차로부터 전달되어온 음향신호를 분석하여 각 열차에 대한 운행 상태를 파악하여, 화면에 디스플레이하여 열차나 철로에 문제가 발생한 경우 적절한 조치를 취하도록 한다.

이하에서는 상기 설명한 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 각 구성 요소들의 구체적인 기능과 구성에 대해서 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 발생장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 음향신호 발생장치(100)는 네트워크나 열차의 콘솔을 통해서 음향신호에 대한 설정정보나 제어정보를 입력받도록 입력인터페이스(110)를 구비한다. 상기 입력 인터페이스(110)는 네트워크를 통해서 설정정보나 제어정보를 입력받을 수 있도록 유무선 네트워크 인터페이스를 구비할 수 있으며, 또한 열차에서 자체적으로 설정정보나 제어정보를 입력할 수 있도록 콘솔 인터페이스를 구비한다. 또한 상기 설정정보나 제어정보를 저장한 메모리 인터페이스를 더 구비할 수 있다.

이렇게 입력된 설정정보나 제어정보에 따라 주파수 설정부(120)에서 음향신호의 주파수를 설정하고, 주기 설정부(130)를 통해서 상기 음향신호를 발생할 주기를 설정하거나 제어할 수 있다. 상기 주파수 설정은 각 열차마다 할당된 고유의 주파수로 설정될 수 있으며, 열차의 운행시간이나 열차의 운행구간에 따라 특정 주파수를 바꿔가면서 지정할 수 도 있다. 이러한 기능은 각 열차가 운행한 시간이나 구간에 대한 정보를 더 포함할 수 있디 때문에 유용하다.

상기 주기 설정부(130)는 음향신호가 발생하는 주기를 설정하는 것으로, 음향신호의 온오프 주기를 설정하는 것도 가능하지만, 일정한 패턴을 가진 음향신호가 반복되는 주기를 설정하는 것도 가능하다. 상기 패턴은 일정 시간동안 음향신호가 발생하는 주파수의 패턴이거나 음향신호의 온오프 패턴일 수 있다.

이렇게 음향신호의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합이 설정되거나 제어되면 이에 따라 음향구동부(140)를 통해서 음향발진부(150)를 구동하여 음향신호가 발생된다. 여기서 음향구동부(140)는 초음파 등을 발생하는 혼, 전송체, 파워합성기, 방사체, 진동계, 증폭기 등 음파를 발생하기 위한 전기적이거나 기계적인 수단을 구동하는 일체를 말한다. 또한 음향발진부(150)는 상기 음향구동부(140)의 구동에 의해서 음파를 발생하는 상기 혼, 전송체, 파워합성기, 방사체, 진동계, 증폭기 등 음파를 발생하는 일체를 말한다. 상기 음향발진부(150)는 음향발생을 위한 일체의 수단을 포함한다.

상기 음향신호 발생기(100)에서 발생한 음향신호는 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되어, 상기 열차의 길이에 대한 정보를 감지하도록 하는 것이 가능하다. 또한 상기 음향신호 발생기(100)는 상기 열차의 일부 차량에 설치되어 차량이 열차에서 분리되었는지 여부를 감지하는 데에도 활용된다.

또한 상기 음향신호 발생기(150)는 열차마다 고유의 주파수를 가진 음향신호를 발생함으로써, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 한다.

이어서 상기 음향신호 중계장치(200)에 대해서 자세하게 설명하고자 한다. 상기 음향신호 중계장치(200)는 철도운행 상태 감시 장치(300)가 위치한 장소까지 분산음향광센서가 직접 연결되는 있는 경우에는 상기 음향신로 중계장치(200)를 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)와 동일한 장소에 설치되고, 철로 근처의 일정 장소에 음향신호 중계장치(200)가 설치된 다음 전기적인 신호를 다시 유무선 통신망을 통해서 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)에 전송할 수도 있다.

이상에서 알 수 있듯이 본 발명의 일 실시예에 따른 음향신호 발생장치(100)는 철로 상을 운행하는 적어도 하나 이상의 차량을 포함하는 적어도 하나 이상의 열차에서, 상기 열차의 적어도 하나 이상의 부분에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출한다. 이렇게 발생한 음향신호를 통해서 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감지하는 것이 가능해 진다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음향신호 발생장치는, 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 상기 음향신호를 생성하도록 상기 프로파일을 네트워크 또는 콘솔로부터 입력받으며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 하며, 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되거나 복수의 차량에 설치되어, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지하도록 함으로써, 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출한다.

여기서 음향신호의 주파수, 주기, 패턴은 음향신호를 발생하기 위한 프로파일로 관리하는 것이 편리하나, 개별적으로 주파수, 주기, 패턴을 별도로 관리하여도 무방하다. 이러한 프로파일은 네트워크를 통해서 입력받아 설정하는 것이 가능하고, 열차에서 입력장치 콘솔(예: 키보드 등)을 통해서 바로 입력하는 것도 가능하다. 또한 메모리에서 저장된 프로파일 정보를 로딩하여 설정하는 것도 가능하다.

복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 각 열차마다 부여된 음향신호 프로파일에 따라 각 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있게 된다.

또한 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 음향신호 발생장치가 설치되거나 복수의 차량에 설치하게 되면, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지할 수 있다. 이렇게 하면 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 중계장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향신호 중계장치(200)는 광전변환부(210)에서 분산음향광센서를 통해서 전달된 광신호를 수신하고 이를 전기신호로 변환한다.

상기 변환된 전기신호는 음향신호 발생장치(100)에서 생성한 음향신호의 주파수 성분에 대한 특징정보가 포함되어 있다. 신호해석부(220)는 광전변환부(210)에서 변환된 특정 주파수의 음향신호에 대한 특징정보를 추출한다.

상기 특정 주파수 성분의 음향신호가 가지고 있는 특징정보를 미리 저장된 상기 해당 주파수의 음향신호와 매칭시켜 음향신호의 주파수 성분을 확인한다. 이를 통해서 상기 수집된 광신호로부터 특정 음향신호의 주파수 성분, 신호분포, 신호패턴, 또는 이들의 조합을 포함한 음향정보를 추출한다.

상기 신호해석부(220)는 광전 변환된 신호의 패턴으로부터 음향신호의 패턴을 해석하여 추출한다. 이때 상기 광전 변환된 신호의 패턴과 미리 데이터베이스에 미리 저장된 음향신호의 특징정보를 매칭하여 상기 특징정보를 추출한다.

상기 추출한 특징정보를 이용하여 상기 음향정보 추출부(230)에서는 상기 특징정보에 해당하는 음향의 주파수, 신호분포, 신호패턴 또는 이들의 조합을 포함한 음향정보를 출력한다. 음향정보를 추출함에 있어서, 상기 음향정보 추출부는 상기 추출된 음향신호에 대응하는 데이터베이스에 미리 저장된 음향신호를 추출한다.

상기 추출된 음향정보는 유무선 네트워크를 통해서 철도운행 상태 감시 장치(300)로 전송된다. 한편, 상기 음향정보는 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)의 로컬에서 추출될 수도 있으며, 이를 위해서는 상기 음향신호 중계장치(200)가 철도운행 상태 감시 장치(300)와 근접하여 설치될 수도 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템은, 철로 상을 운행하는 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 열차에 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서 및 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 전달하는 음향신호 중계장치를 구비한다.

즉, 상기 음향신호 중계장치는 상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출한다. 따라서, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있다.

아울러 상기 음향신호 중계장치는, 상기 광신호를 수신하여 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서, 선두차량과 후미차량 사이의 길이를 분석하거나, 복수의 차량들 사이의 음향에 대한 차이를 분석하거나 또는 이들의 조합에 대한 분석을 통해서, 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차와 철로의 상태 정보를 검출한다.

여기서 상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 할 수 있다.

이어서 본 발명의 일 실시예에 따른 철도운행 상태 감시 장치(300)의 구성에 대해서 자세하게 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

또한 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치는 복수의 음향신호 중계장치(200)로부터 각각의 음향정보를 수신하고 열차별로 구분하여 상기 음향정보를 데이터베이스(350)에 저장한다.

이렇게 저장된 열차별 음향정보는 음향의 주파수, 신호분포, 신호패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 것으로, 음향정보 분석부(320)를 통해 상기 열차마다 음향정보에 포함된 정보를 분석하여 열차나 선로에 직접적 혹은 간접적으로 영향을 주고 있거나 영향을 줄 가능성이 있는지 여부를 분석한다.

또한 열차 트래킹부(330)는 상기 열차마다 측정된 음향정보를 분석하여, 해당 열차가 운행하고 있는 위치정보, 시간정보 등을 확인한 다음, 전자지도나 열차 노선도에 접목하여 열차의 실제 위치와 상태를 추적한다.

상기 추적한 위치와 시간에 해당 열차의 표시를 출력하고, 상기 분석한 각 열차의 상태정보를 텍스트 메시지나 영상으로 출력한다. 이렇게 하여 열차의 운행 상태를 실시간으로 감시할 수 있고, 이로부터 열차나 선로의 고장을 미리 예측하여 대응할 수 있다.

본 발명은 분산음향광센서를 통한 열차의 재동이상, 고장, 철로의 고장여부 등을 포함한 상태를 검출한다. 이를 위해서, 철로나 철로의 주변에 특정 주파수의 음향만을 수신할 수 있는 분산음향광센서를 설치하고, 열차의 선두와 후미에서 특정 주파수의 음향 또는 상기 특정 패턴의 음향을 송신하여 상기 음향 수신기가 열차의 선두와 후미에서 송신한 음향신호를 해석하여 열차의 상태를 감시할 수 있다.

또한 본 발명은 열차가 운행 도중에 제동장치에 이상이 생겨 일부 객차가 분리되거나 철로에 손상을 입히는 문제를 해결하기 위해서 음향센서를 이용하여 열차의 선두와 후미의 통과시간을 모니터링할 수 있다.

상기 모니터링은 음향센서를 이용하여 열차의 운행상태, 즉 선두가 지나간 다음 얼마의 시간간격으로 후미가 철로의 특정 지점을 지나가는지 검출하는 것이며, 이를 이용하여 열차의 운행 상태를 모니터링할 수 있다.

또한 본 발명은 분산음향광센서를 통해 보다 저렴하고 오차없이 열차의 운행상태를 모니터링하기 위한 것으로, 상기 분산음향광센서는 특정 주파수를 지정하여 사용하므로, 열차의 진동이나 소음에 무관하게 해당 열차의 선두와 후미가 특정 지점을 어떻게 통과하는지 그 상태를 정밀하게 모니터링하여, 문제가 발생한 위치를 열차 혹은 선로상에서 정밀하게 추적하여 해당 위치에 대한 유지보수가 용이하도록 한다.

즉, 본 발명의 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치는 적어도 하나 이상의 열차에 대해서, 철로 상을 운행하는 각 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 각 열차마다 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 수집하며, 상기 수집한 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 음향정보를 분석하여, 상기 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 것을 포함한다.

이어서 본 발명에서 제시하고 있는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 각 개별 장치들의 동작을 설명하고자 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 수행하는 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나 이상의 열차에 각각 구비되어 있는 음향신호 발생기(100)에서 음향신호의 주파수, 음향신호의 발생주기 및 음향신호의 발생패턴을 포함한 프로파일에 따라 음향신호를 발생하고, 이를 송신한다(S110).

여기서 음향신호의 발생에 대한 프로파일은 각 열차마다 미리 저장되어 있을 수도 있으며, 이동식 메모리에 저장되어 운전자가 설정할 수도 있고, 본 발명에 따른 철도운행 상태 감시 장치에서 네트워크로 요청될 수도 있다.

이렇게 요청된 프로파일에 따라 주파수, 주기 및 패턴을 설정하고, 음향구동부(140)에 의해서 음향발진부(150)을 구동함으로써, 원하는 음향신호가 발생되고, 또한 송출된다. 여기서 음향발진부(150)는 특정 음향신호 생성 방식을 한정하는 것이 아니라 다양한 방식에 따라 전기적, 기계적 또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.

상기 음향신호를 발생하여 외부로 송출한 경우, 본 발명에 따른 분산음향광센서에서 상기 의도된 음향신호, 열차에서 발생하는 음향, 철로 주변에서 발생하는 음향 등을 포함한 음향신호에 따라 후방산란에 의한 광신호가 발생하여 광파이버를 통해 전달된다(S120). 여기서 상기 의도된 음향신호는 각 열차마다 설정된 고유의 주파수, 주기, 패턴을 포함하는 프로파일에 의해 각각 고유하게 정의될 수 있다.

음향신호 중계장치(200)에서는 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 음향정보를 추출하고 추출한 음향정보를 철도운행 상태 감시 장치(300)로 중계한다(S130). 이를 위해서 수신된 광신호는 전기신호로 변환되고, 다시 전기신호를 기 저장된 음향신호에 대한 전기신호와 비교하여 해석한 다음, 음향정보를 추출하고, 그 결과를 유무선 네트워크를 통해서 철도운행 상태 감시 장치(300)로 전송한다. 여기서 음향신호 중계장치(200)는 철도운행 상태 감시 장치(300)의 내부에 내장될 수도 있으므로, 상기 음향신호 중계장치(200)는 광신호를 음향정보로 변환하여 각 열차마다 분류하여 저장하는 기능을 수행하는 하나의 모듈이 될 수도 있다.

이어서 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)에서 각 열차에 대한 음향정보를 수신하고, 해당 열차의 운행 상태에 대한 이상 유무를 분석한다(S140).

상기 음향정보는 각 열차마다 고유의 것으로 구분될 수 있기 때문에, 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)는 각 열차별로 음향정보를 분석하고, 해당 열차와 열차가 운행하고 있는 철로의 상태 및 주변 상태에 대한 음향정보를 토대로 열차를 추적하며, 음향신호를 분석하고 해당 열차를 추적한 결과를 종합하여 가청신호 혹은 가시신호로 알람을 출력한다(S150).

예를 들어 열차의 관제센터에서 관리자가 모니터를 통해서 전체 철도망을 통해서 운행하고 있는 열차와 철로의 상태를 종합적으로 관제할 수 있게 된다.

또한 열차의 기관사나 관제센터의 열차 운행 관리자는 각 열차에 대한 음향신호의 설정값을 변경할 필요가 있다고 판단되면(S160), 해당 설정값을 원격에서 변경하도록 요청할 수 있다. 각 열차에 구비된 음향신호 발생장치(100)는 이러한 요청을 네트워크나 열차의 콘솔에서 수신하고, 이 경우, 각 열차에서 변경 요청된 고유 주파수를 가진 의도된 음향신호를 생성하기 위한 프로파일(주파수, 주기, 패턴)을 변경하고 해당 음향신호를 생성하고 송출하게 된다.

이러한 과정을 통해서 적어도 하나 이상의 열차가 철도망을 따라 운행하고 있는 경우, 실시간으로 모든 열차의 운행 상태를 원격관제 센터에서 종합적으로 관게할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 분산음향광센서는 철로를 따라 포설되어 있고, 철로의 주변에서 발생하는 모든 음향정보를 철도운행 상태 감시 장치에 전달하므로, 복잡한 철도망을 일괄적으로 관리하는데 매우 유용하다.

이상에서와 같이 본 발명의 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법에 따르면, 본 발명에서는 운행중인 열차에서 철로에 인접하여 포설된 분산음향광센서 쪽으로 의도적으로 음향을 발생하여, 철도운행 상태 감시 장치에서 간단하고 명확하게 분석 및 탐지할 수 있다.

본 발명에서 제시하는 철도운행 상태 감시 시스템은 분산음향광센서의 광신호를 분석하여 열차의 운행 궤적을 추적할 수 있어 시스템 개발이 단순하고 용이하며, 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있어, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에도 오탐지의 우려가 줄어든다.

특히 열차의 선두와 선미에 서로 다른 주파수의 음향을 발생하도록 설치하게 되면, 열차의 간격을 정확하게 측정할 수 있어, 열차의 분리 등으로 인한 문제가 발생하였을 경우에도 신속하고 용이하게 탐지할 수 있다. 광센서의 경우 전자파 간섭이 없고, 습기에 강한 장점이 있어, 복잡하게 얽혀있는 철도망에서의 철도 운행상태 감시에 적용하기 유리하며, 특히 전 구간을 연속적으로 관리할 수 있는 장점이 있고, 이러한 연속적인 관리는 문제 발생 시 실시간으로 감지하여 피해를 방지 또는 최소화할 수 있다.

또한 일반적인 IoT 단말을 이용한 철도 운행상태 감시 시스템의 경우, 전 구간을 관리하기 위해 많은 수의 단말을 사용하여야 되기 때문에 유지보수 및 관리가 어려운 단점이 있으나, 본 발명에 따른 분산음향광센서는 수동형 센서이기 때문에, 전원이 필요한 제어 시스템의 수요가 최소화(현재 500키로 구간에 5대 필요) 되어 유지보수와 관리가 쉽고 단순하여 비용 절감에도 장점이 있다.

여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 음향신호 발생장치 110 : 입력인터페이스
120 : 주파수설정부 130 : 주기설정부
140 : 음향구동부 150 : 음향발진부
200 : 음향신호 중계장치 210 : 광전변환부
220 : 신호해석부 230 : 음향정보추출부
300 : 철도운행 상태 감시 장치 310 : 음향정보수집부
320 : 음향정보분석부 330 : 열차트래킹부
340 : 정보출력부

Claims (12)

1. 철로 상을 운행하는 적어도 하나 이상의 차량을 포함하는 적어도 하나 이상의 열차에서, 상기 열차의 적어도 하나 이상의 부분에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출하는 음향신호 발생장치;를 포함하며,
   상기 음향신호를 통해서 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 음향신호 발생장치는,
   상기 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 상기 음향신호를 생성하도록 상기 프로파일을 네트워크 또는 콘솔로부터 입력받으며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 음향신호 발생기는,
   복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되거나 복수의 차량에 설치되어, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지하도록 함으로써,
   상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
4. 철로 상을 운행하는 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 열차에 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서; 및
   상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 전달하는 음향신호 중계장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 음향신호 중계장치는,
   상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 포함하며,
   복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있으며,
   상기 광신호를 수신하여 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서, 선두차량과 후미차량 사이의 길이를 분석하거나, 복수의 차량들 사이의 음향에 대한 차이를 분석하거나 또는 이들의 조합에 대한 분석을 통해서,
   상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차와 철로의 상태 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 음향신호는, 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
7. 적어도 하나 이상의 열차에 대해서, 철로 상을 운행하는 각 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 각 열차마다 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 수집하며,
   상기 수집한 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 음향정보를 분석하여, 상기 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 분석은,
   복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있으며,
   상기 광신호를 수신하여 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서, 선두차량과 후미차량 사이의 길이를 분석하거나, 복수의 차량들 사이의 음향에 대한 차이를 분석하거나 또는 이들의 조합에 대한 분석을 통해서,
   상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차와 철로의 상태 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 음향신호는, 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
10. 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 철로 상을 운행하는 열차의 적어도 하나 이상의 부분에서 발생시킨 각 열차에서 고유한 주파수로 송출된 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 수신하는 단계; 및
    상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 상태를 분석하는 단계는,
    상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 더 포함하며,
    복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 상태를 분석하는 단계는,
    상기 광신호를 수신하여 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서, 선두차량과 후미차량 사이의 길이를 분석하거나, 복수의 차량들 사이의 음향에 대한 차이를 분석하거나 또는 이들의 조합에 대한 분석을 수행하며,
    상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법.

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