KR20190069743A - 장애물 감지 및 모니터링 시스템 - Google Patents

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KR20190069743A
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Abstract

본 발명은 레이저 발광부에서 조사된 레이저 광을 회전하는 반사체를 통해 소정각도로 굴절시켜 형성한 스크린센서와, 측정 지점의 영상을 촬영하여 장애물을 감지하는 비전센서를 구비하는 장애물 감지 장치와 이를 이용한 스크린도어용 장애물 감지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장애물 감지 장치는 광을 조사하는 광조사부와, 상기 광조사부의 광을 반사하되, 광의 반사각이 가변되면서 광반사가 이루어짐으로써 소정 각도의 범위에서 상기 반사된 광에 의한 광스크린이 형성될 수 있도록 회전 가능하게 설치되는 회전반사체와, 상기 회전반사체를 회전시키는 회전구동부와, 상기 회전반사체에서 반사되어 조사된 광이 반사되어 되돌아 오는 것을 수신하는 수광부 및 상기 광조사부에서 광이 조사된 후 수광부에 수광되는 반사광의 입사시간을 계산하여 상기 광에 의한 스크린의 형성 구간 내에 장애물이 유입된 것을 판단하는 제1 장애물 판단부를 포함하는 광스크린센서와 상기 광스크린센서에서 장애물이 감지되는 감지영역을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라에서 촬영된 영상 이미지를 통해 상기 감지영역 내에 장애물의 존재 여부를 판단하는 제2 장애물 판단부를 포함하는 비전센서를 구비하고 실시간 영상을 저장하고 전송할 수 있는 광학 카메라로 모니터링을 할수 있는 시스템에 관한 것이다.

Description

장애물 감지 및 모니터링 시스템{obstacle detection and monitoring system}
본 발명은 장애물 감지 장치와 이를 이용한 장애물 감지와 광학 카메라를 이용한 모니터링과 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 발광부에서 조사된 레이저 광을 회전하는 반사체를 통해 소정각도로 굴절시켜 형성한 스크린센서와, 측정 지점의 영상을 촬영하여 장애물을 감지하는 비전센서를 구비하는 장애물 감지 장치와 광학 카메라를 이용한 현장 상황을 실시간으로 영상을 모니터링 할 수 있으며 이를 이용한 스크린도어용 장애물 감지 시스템에 관한 것이다.
현재 열차(국철, 지하철, 전철 등)가 역 구내의 승강장으로 진입하는 경우 승객들의 안전을 위한 승강장에 스크린도어가 설치되고, 또 열차 이용자들이 열차에서 탑승하거나 하차하는 경우 승강장과 열차 사이의 간격이 넓은 경우 이들의 안전을 도모하기 위하여 안전발판이 설치된다.
대개 이러한 스크린도어와 안전발판은 열차와 통신을 통해 동작되는데, 이러한 통신은 ATO(Automatic Train Operation)장치에 의해 제어된다. 이러한 ATO장치는 역에 있는 열차 정지 위치와의 거리를 표시하는 PSM(Precision Stop Marker: 정지 위치 선행 표시 장치)과, 지상 장치부와 차상 장치부로 이루어져, 열차와 지상 장치 간에 양방향 무선통신을 행하는 TWC(Train to Wayside Communication: 차상 장치와 지상 장치 간의 통신장치) 등의 주변 장치로부터 열차 운행에 필요한 정보를 수집하여 무인 운전 모드(Driverless Mode), 자동 운전 모드(Automatic Mode), 수동 운전 모드(Manual Mode), 구내 운전 모드(Yard Mode), 비상 운전 모드(Emergency Mode) 등을 수행하는 장치를 말한다.
종래의 스크린도어 시스템(PSD)은 승강장 선단에 설치되어 승강장과 선로부를 차단하는 스크린도어와, 상기 스크린도어를 구동시키는 구동부, 상기 스크린도어의 개폐 상태를 나타내는 표시부, 상기 스크린도어 동작의 이상 동작 여부, 장애물 감지 여부, 끼임 감지 여부 및 열차 도착 여부 등을 검출하는 센서부를 포함하며, 센서부에서 스크린도어 사이에 사람이나 동물 등의 장애물이 끼어있을때, 이를 감지하고, 스크린도어를 개방하고, 열차의 출발을 지연시키는 역할을 한다.
상기 센서부는 통상 스크린도어의 도어프레임 양측에 한 쌍이 마주보도록 설치된다. 이때, 각각의 센서부는 길이방향으로 연장되는 본체를 형성하며, 상기 본체 내부에 다수의 발광 및 수광센서들이 길이방향으로 등 간격 배치된다.
이와 같은 센서부는 상/하부단에 고정 브라켓이 설치되고, 상기 고정 브라켓을 이용해 스크린도어의 도어프레임에 결합하게 된다. 상기와 같이 설치된 한 쌍의 센서부는 대향하는 센서부의 발광/수광센서들과 상호 신호를 주고 받도록 함으로써, 중간에 장애물이 존재하는지 유무를 검출하게 된다.
그런데 이러한 종래의 센서부는 복수개의 수발광 센서들을 포함해야 하기 때문에 구조적으로 복잡하고, 유지 관리가 어려우며, 특히 일부 센서들의 고장 발생시 스크린 도어 사이에 장애물이 위치하고 있는 것을 제대로 감지하지 못하여, 인적 또는 물적 피해가 발생할 우려가 높았다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 레이저 빔과 이를 반사하는 회전반사체를 통해 광스크린 형태의 센서를 형성함으로써 구성이 간단하고, 장애물의 감지 효율이 높은 장애물 감지 장치와 이를 이용한 스크린도어용 장애물 감지 시스템을 제공하며 카메라를 이용하여 실시간 모티너링 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 장애물 감지 장치는 광을 조사하는 광조사부와, 상기 광조사부의 광을 반사하되, 광의 반사각이 가변되면서 광반사가 이루어짐으로써 소정 각도의 범위에서 상기 반사된 광에 의한 광스크린이 형성될 수 있도록 회전 가능하게 설치되는 회전반사체와, 상기 회전반사체를 회전시키는 회전구동부와, 상기 회전반사체에서 반사되어 조사된 광이 반사되어 되돌아 오는 것을 수신하는 수광부 및 상기 광조사부에서 광이 조사된 후 수광부에 수광되는 반사광의 입사시간을 계산하여 상기 광에 의한 스크린의 형성 구간 내에 장애물이 유입된 것을 판단하는 제1 장애물 판단부를 포함하는 광스크린센서와 상기 광스크린센서에서 장애물이 감지되는 감지영역을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라에서 촬영된 영상 이미지를 통해 상기 감지영역 내에 장애물의 존재 여부를 판단하는 제2 장애물 판단부를 포함하는 비전센서를 구비하고
장애물의 종류와 실시간 현장 상황을 모니터링 할 수 있는 모니터링용 광학 카메라를 구비한다.
상기 광스크린센서는 소정간격으로 이격된 복수개의 광조사부를 포함하고, 상기 회전반사체는 상기 복수개의 광조사부에서 조사되는 광을 각각 반사할 수 있도록 형성된 복수개의 반사면들이 상기 각 광조사부의 형성위치에 대응하도록 형성되어 복수개의 광스크린이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 회전반사체는 상기 복수개의 반사면들이 각각 소정각도 이격되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스크린도어용 장애물 감지 시스템은 승강장의 일측에 설치되는 스크린도어와, 제어신호에 따라 상기 스크린도어의 개폐를 제어하는 도어개폐 제어부와, 승강장의 선택된 일 영역을 광스크린을 통해 스캔하여 장애물을 감지할 수 있도록 된 상기 장애물 감지 장치를 구비하며, 상기 도어개폐 제어부는 상기 장애물 감지 장치에서 장애물이 감지되면 설정된 메뉴얼에 따라 상기 스크린도어를 개방 또는 폐쇄하도록 형성된다.
상기 장애물 감지 장치에서 장애물이 감지되면, 상기 장애물 감지 장치의 비전센서에서 촬영된 영상을 중앙 관제 센터 또는 차량의 운전을 제어하는 조정실의 디스플레이를 통해 출력하도록 형성될 수 있다.
상기 장애물 감지 장치는 스크린도어의 도어프레임의 일측 또는 선로 바닥부나 천장 중 어느 일측에 설치되어 상기 스프린도어와 승강장에 정차한 차량의 입구 사이 공간을 스캔하도록 형성될 수 있다.
상기 장애물 감지 장치는 선로가 형성되어 있는 차량 주행 공간을 스캔할 수 있도록 승강장의 벽면 또는 선로 주변의 구조물에 설치될 수도 있다.
본 발명에 따른 장애물 감지 장치는 광스크린을 통해 장애물을 효율적으로 감지할 수 있으며, 장치의 구성이 단순하고 간단하기 때문에 설치비용을 최소화할 수 있으며, 유지 관리가 용이한 이점이 있다.
또한 광학 카메라를 이용하여 장애물의 종류를 모니터링 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 장애물 감지 장치의 일 실시예와 광학카메라 구성을 도시한 구성도,
도 2는 광스크린센서의 작동 원리를 도시한 개념도,
도 3은 복수개의 광스크린을 형성할 수 있는 광스크린센서의 다른 실시예를 도시한 개념도,
도 4는 본 발명의 장애물 감지 장치의 일 실시예를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 장애물 감지 장치와 카메라가 스크린도어에 설치된 상태를 도시한 장착상태도,
도 6은 본 발명에 따른 장애물 감지 장치를 이용한 스크린도어용 장애물 감지 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 장애물 감지 장치와 이를 이용한 스크린도어용 장애물 감지 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 장애물 감지 장치의 구성이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 장애물 감지 장치는 광스크린센서(120)와, 비전센서(130)를 구비한다.
상기 광스크린센서(120)는 광을 커튼 형태로 펼쳐 스크린을 형성한 것으로서, 광조사부(121)와, 회전반사체(122), 회전구동부(123), 수광부(124) 및 제1 장애물 판단부(125)를 포함한다.
광조사부(121)는 장애물 감지를 위한 광을 조사하는 것으로서, 적외선이나 레이저 등의 광을 조사하도록 형성된다. 상기 회전반사체(122)는 외주면이 광을 반사할 수 있도록 반사면으로 형성된 육면체 형상으로 형성되어 있다. 육면체의 네 측면이 각각 상기 광조사부(121)의 광을 반사할 수 있도록 되어 있다.
상기 회전구동부(123)는 회전반사체(122)를 회전시키는 것으로서, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 회전구동부(123)에 의해 회전반사체(122)가 회전함에 따라 광조사부(121)에서 조사된 광의 반사각이 조금씩 변화되면서 소정 각도 영역을 감지할 수 있는 광스크린이 형성된다. 상기 수광부(124)는 광조사부(121)로부터 조사된 광이 회전반사체(122)를 거쳐 감지영역으로 출사된 후 다시 반사된 광을 수광한다.
상기 제1 장애물 판단부(125)는 광조사부(121)로부터 광이 조사된 후 수광부(124)에서 광이 수광될 때까지의 시간을 통해 감지 영역 내에 장애물이 존재하는 지를 판단한다. 즉, 장애물이 없는 경우에는 승강장의 바닥면이나 스크린도어(20)의 프레임(21)에 부딪힌 후 광이 다시 되돌아 오게 되며, 이 때의 반사광의 수광 시간을 저장해 둘 수 있다. 그리고 장애물이 감지 영역 내에 존재하는 경우 장애물에 의해 반사광의 수광 시간이 변화하게 되면, 이를 통해 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있게된다.
이와 같이 광스크린센서(120)는 광조사부(121)에서 조사된 광을 회전반사체(122)를 통해 소정 각도 범위로 반사함에 따라 광스크린을 형성하게 되며, 이 광스크린 내에 장애물이 존재하는 경우 반사광의 수광 시간이 변화되는 것을 감지하여 장애물의 존재 여부를 판별한다.상기 광스크린센서(120)는 도 3에 도시되어 있는 것처럼 복수개의 광스크린을 갖도록 형성될 수도 있다. 도 3의 실시예에 따르면 광조사부(121)는 소정간격으로 이격되게 복수개가 형성되어 있고, 회전반사체(122)도 각각의 광조사부(121)로부터 조사된 광을 개별적으로 반사할 수 있도록 광조사부(121)의 이격 방향에 대응하도록 연장되어 있다.
특히 상기 회전반사체(122)들은 각각의 광조사부(121)에서 조사된 광에 의한 광스크린의 차이를 둘 수 있도록 각각의 광조사부(121)에 대응하는 광조사면들이 소정각도 이격도록 형성될 수 있다.
아울러 각각의 광조사부(121)에서 조사되는 광의 파장을 달리하여 수광부(124)에서 광이 수광될 때, 해당 반사광이 어떤 광조사부(121)로부터 출사된 광인지를 구분할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 실시예와 같이 구성된 광스크린센서(120)의 경우 광스크린이 복수개 형성되며, 각각의 광 스크린의 간격은 상기 광조사부(121)의 간격 및 회전반사체(122)의 반사각에 의해 결정된다.
광스크린이 하나만 형성되는 경우에는 무시해도 될만한 장애물, 예를 들어 날벌레나 작은 이물질의 경우에도 장애물로 판단하게 될 수 있는데, 본 실시예와 같이 소정 간격으로 이격된 복수개의 광스크린을 형성하는 경우, 광스크린들 중 설정된 개수 예를 들어 두 개 혹은 세 개 이상의 광스크린에서 각각 장애물이 감지될 경우 장애물로 판별하도록 함으로써 실제 장애물에 대한 식별력을 높이도록 할 수 있다.
상기 비전센서(130)는 카메라(131)와, 제2 장애물 판단부(132)를 구비한다.
상기 카메라(131)는 광스크린센서(120)가 감지하는 감지영역을 촬영할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 제2 장애물 판단부(132)는 장애물이 없는 상태에서의 기본이미지를 저장해 두고 있으며, 장애물이 존재하면 해당 장애물에 의해 기본이미지와 차이가 발생하게 되므로 이를 통해서 장애물의 존재를 인식할 수 있다.
그리고 133 광학 카메라는 실시간 촬영 영상을 저장하고 상황을 원격지에서 실시간 모니터링을 할 수 있다
이상에서 설명한 본 발명에 따른 장애물 감지 장치는 회전반사체(122)를 통해 광스크린을 형성하는 광스크린센서(120)와 카메라(131)에서 촬영된 영상 이미지를 통해서 장애물을 식별하는 비전센서(130)를 구비하며, 이 두 가지 센서가 상호 보완적인 역할을 하도록 함으로써 장애물의 식별효율을 높일 수 있다.
즉, 광스크린센서(120)에서 1차적으로 장애물을 감지하면, 비전센서(130)에서 촬영된 영상이미지를 통해서 장애물의 존재 여부를 확인하며, 비전센서(130)의 촬영이미지는 관리자의 디스플레이에서 출력되도록 하여 관리자가 최종 판단을 하도록 할 수도 있다. 이와 같은 장애물 감지 장치는 다양한 분야에 장애물 감지용으로 적용될 수 있는데, 일례로 스크린도어용 장애물 감지 시스템(10)에 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 지하철 승강장에 설치되어 있는 스크린도어(20)의 개폐 동작을 단속하기 위한 스크린도어용 장애물 감지 시스템(10)에 적용될 수 있는데, 스크린도어(20)의 프레임(21) 모서리에 상술한 장애물 감지 장치를 설치하고, 스크린도어(20)와 지하철의 출입문 사이 공간에 별도의 장애물이 없는지를 감지한다.도 5에는 본 실시예와 같이 스크린도어(20)의 프레임(21)에 설치되도록 형성된 장애물 감지장치(100)의 일 실시예가 도시되어 있다.
본 실시예의 장애물 감지장치(100)는 스크린도어(20)의 프레임(21) 모서리에 장착할 수 있도록 부채꼴 모양으로 형성된 본체(110)를 포함하고 있으며, 본체(110)의 양측 측벽은 프레임(21)의 모서리 부분에 접합되며, 원호부분에는 광조사부(121)에서 조사된 광이 출사될 수 있는 투광홀(111)이 형성되어 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 본체(110)의 내부에는 광조사부(121)와 회전반사체(122) 및 회전구동부(123)가 마련되어 있다. 그리고 상기 투광홀(111)에는 빛이 출사될 수 있는 투광창이 형성될 수도 있고, 별도의 창이 없이 개방된 구조로 형성될 수도 있다.본체(110)의 일측에는 빛을 수광하기 위한 수광부(124)가 마련되어 있으며, 수광부(124)의 하부에는 감지영역을 촬영하기 위한 카메라(131)가 설치되어 있다.
상기 본체(110)의 일측에는 광스크린센서(120)와 비전센서(130)의 감지정보를 바탕으로 장애물의 존재 여부를 판단하기 위한 제1 장애물 판단부(125)와 제2 장애물 판단부(132)가 마련되어 있다. 광학카메라(133)를 구비하여 장애물의 종류를 영상으로 확인할수 있도록 마련되어 있다.
제1 장애물 판단부(125)와, 제2 장애물 판단부(132)는 별개의 처리수단으로 형성될 수도 있으나, 본 실시예의 경우 하나의 정보처리수단이 광스크린센서(120)와 비전센서(130)의 감지정보를 모두 수신하여 장애물의 존재 여부를 판단하도록 형성된다.장애물 판단부의 감지결과는 도어의 개폐 작동과 연계될 수 있도록 도어개폐 제어부로 감지결과를 전송하고, 도어개폐 제어부에서는 감지결과에 따라 도어의 구동을 제어한다.그리고 장애물 판단부의 감지결과는 중앙관제센터로 전송되어 해당 정보를 중앙관제센터의 관리자가 수신할 수 있으며, 상기 비전센서(130)의 영상정보 역시 영상정보처리부를 거쳐 중앙관제센터로 전송되어 중앙관제 센터에서 해당 감지영역의 촬영영상을 확인할 수도 있다.
아울러 상기 장애물 판단부의 감지결과와 비전센서(130)의 촬영 영상정보는 운행하는 차량의 조종실에서도 확인할 수 있도록 디스플레이를 통해 출력하여 해당 정보에 따라 전동차의 운행 조작에도 해당 정보를 활용하도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 장애물 감지장치(100)가 스크린도어(20)의 프레임(21)에 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 상기 장애물 감지장치(100)는 건물의 천장이나 승강장의 측벽에 설치될 수도 있다.
그리고 장애물 감지장치(100)가 승강장의 측벽에 설치되어 전동차의 입구와 스크린 도어 사이 영역을 감지할 수도 있으나 선로 상에 추락한 사람이나 기타 전동차의 운행을 방해할 수 있는 장애물들을 감지하도록 설치될 수도 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
10; 스크린도어용 장애물 감지 시스템
20; 스크린도어 21; 프레임
100; 장애물 감지장치
110; 본체 111; 투광홀
120; 광스크린센서 121; 광조사부
122; 회전반사체 123; 회전구동부
124; 수광부 125; 제1 장애물 판단부
130; 비전센서 131; 카메라
132; 제2 장애물 판단부 133: 모니터링 광학 카메라
134: 제3 카메라 모니터링부의 설명

Claims (7)

  1. 광을 조사하는 광조사부와;
    상기 광조사부의 광을 반사하되, 광의 반사각이 가변되면서 광반사가 이루어짐으로써 소정 각도의 범위에서 상기 반사된 광에 의한 광스크린이 형성될 수 있도록 회전 가능하게 설치되는 회전반사체와;
    상기 회전반사체를 회전시키는 회전구동부와;
    상기 회전반사체에서 반사되어 조사된 광이 반사되어 되돌아 오는 것을 수신하는 수광부; 및 상기 광조사부에서 광이 조사된 후 수광부에 수광되는 반사광의 입사시간을 계산하여 상기 광에 의한 스크린의 형성 구간 내에 장애물이 유입된 것을 판단하는 제1 장애물 판단부를 포함하는 광스크린센서와:
    상기 광스크린센서에서 장애물이 감지되는 감지영역을 촬영하는 카메라와;
    상기 카메라에서 촬영된 영상 이미지를 통해 상기 감지영역 내에 장애물의 존재 여부를 판단하는 제2 장애물 판단부를 포함하는 비전센서:와 제3 카메라 모니터링부를 구비하는 것을 특징으로 하는 장애물 감지 장치 및 모니터링 시스템
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광스크린센서는 소정간격으로 이격된 복수개의 광조사부를 포함하고,상기 회전반사체는 상기 복수개의 광조사부에서 조사되는 광을 각각 반사할 수 있도록 형성된 복수개의 반사면들이 상기 각 광조사부의 형성위치에 대응하도록 형성되어 복수개의 광스크린이 형성되도록 된 것을 특징으로 하는 장애물 감지 장치.
  3. 제 2항에 있어서,상기 회전반사체는 상기 복수개의 반사면들이 각각 소정각도 이격되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장애물 감지 장치.
  4. 승강장의 일측에 설치되는 스크린도어와;
    제어신호에 따라 상기 스크린도어의 개폐를 제어하는 도어개폐 제어부와;
    승강장의 선택된 일 영역을 광스크린을 통해 스캔하여 장애물을 감지할 수 있도록 된 상기 청구항 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 장애물 감지 장치를 구비하며,상기 도어개폐 제어부는 상기 장애물 감지 장치에서 장애물이 감지되면 설정된 메뉴얼에 따라 상기 스크린도어를 개방 또는 폐쇄하도록 형성된 것을 특징으로 하는 스크린 도어용 장애물 감지 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 장애물 감지 장치에서 장애물이 감지되면, 상기 장애물 감지 장치의 비전센서에서 촬영된 영상을 중앙 관제 센터 또는 차량의 운전을 제어하는 조정실의 디스플레이를 통해 출력하도록 형성된 것을 특징으로 하는 스크린 도어용 장애물 감지 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 장애물 감지 장치는 스크린도어의 도어프레임의 일측 또는 선로 바닥부나 천장 중 어느 일측에 설치되어 상기 스프린도어와 승강장에 정차한 차량의 입구 사이 공간을 스캔하도록 형성된 것을 특징으로 하는 스크린 도어용 장애물 감지 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,상기 장애물 감지 장치는 선로가 형성되어 있는 차량 주행 공간을 스캔할 수 있도록 승강장의 벽면 또는 선로 주변의 구조물에 설치된 것을 특징으로 하는 스크린 도어용 장애물 감지 시스템.
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김진경 외 3인. 3D 센서를 이용한 상하개폐식 스크린도어 장애물 검지 알고리즘 개발 및 평가. 한국철도학회 학술발표대회논문집, pp. 1280-1285, 2015년 5월 1부.* *

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