KR20200052461A - Apparatus and method for predicting train fault - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, in order to achieve the objective of the present invention, a train malfunction prediction apparatus includes: a data collection module collecting history data, guideline data, past condition data and current condition data of a train; a data preprocessing and storage module preprocessing and storing the history data, the guideline data, the past condition data and the current condition data; a data learning module creating a malfunction diagnosis learning model diagnosing whether the train is malfunctioning by learning the history data, the guideline data, the past condition data and the current condition data, which have been preprocessed and stored, and creating a malfunction prediction learning model predicting at least one of a train malfunction cause and a train malfunction time by learning output data of the malfunction diagnosis learning model; a data diagnosis and prediction module creating diagnosis result data about whether the train is malfunctioning by applying the preprocessed and stored current condition data to the malfunction diagnosis learning model, and creating prediction result data indicating at least one of a predicted train malfunction cause and a predicted train malfunction time by applying the diagnosis result data to the malfunction prediction learning model; and a data providing module outputting at least one of the diagnosis result data and the prediction result data. Therefore, the train malfunction prediction apparatus is capable of enabling convenient repair and reducing periods for repair.

Description

열차 고장 예측 장치 및 방법{Apparatus and method for predicting train fault}Apparatus and method for predicting train fault}

본 발명은 인공 지능이 적용된 열차 고장 예측 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for predicting train failure using artificial intelligence.

열차 종합 제어 장치(TCMS, Train Control and Monitoring System)는 열차의 운전 및 검사를 위한 장치로서, 기관사에게 열차의 운행을 위해 필요한 정보를 제공할 수 있다.A train control and monitoring system (TCMS) is a device for driving and inspecting a train, and can provide information necessary for the train to operate.

상세하게는, 열차 종합 제어 장치는 열차를 구성하는 복수의 차량들 각각의 상태 정보를 수집하고, 이에 기초한 복수의 차량들 각각의 고장 정보 등을 기관사에게 제공함으로써, 기관사가 운행에 필요한 조치를 취할 수 있는 기회를 제공할 수 있다.In detail, the train comprehensive control device collects status information of each of a plurality of vehicles constituting the train, and provides failure information, etc. of each of the plurality of vehicles based on this, to the engineer, so that the engineer can take necessary measures for the operation. Can provide an opportunity.

한편, 기관사는 운행 점검 시에, 유지보수 담당자는 정기 점검 시에, 열차 종합 제어 장치에 의해 제공되는 정보를 확인함으로써 열차의 상태를 확인한 후 필요에 따라 유지보수를 수행할 수 있다. 이때, 기관사와 유지보수 담당자는 열차 종합 제어 장치에 의해 제공되는 정보에 따라 열차의 현재 상태를 확인할 수 있을 뿐, 향후 발생 가능한 열차의 고장에 대하여 예측할 수는 없다.On the other hand, the engineer can check the condition of the train by checking the information provided by the comprehensive train control device at the time of the service check and the maintenance person at the regular check, and perform maintenance as necessary. At this time, the engineer and maintenance personnel can check the current state of the train according to the information provided by the comprehensive train control device, and cannot predict the future train failure.

이처럼, 열차의 고장을 사전에 예측할 수 없는 경우, 불시에 열차의 고장이 감지되어 열차의 운행이 지연되고, 고장 후 열차의 유지보수에 따른 비용이 증가하는 등의 문제점이 있다.As described above, when the failure of the train cannot be predicted in advance, there are problems such as a sudden failure of the train, the operation of the train is delayed, and the cost of maintenance of the train increases after the failure.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열차 종합 제어 장치에 기록된 데이터에 인공 지능 기술을 적용함으로써 기관사에게 제공하는 정보의 정확도를 향상시키는 고장 예측 장치 및 방법을 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a failure prediction apparatus and method for improving the accuracy of information provided to an engineer by applying artificial intelligence technology to data recorded in a train comprehensive control device.

또한, 열차의 고장에 의한 사고를 미연에 방지하고 고장으로 인한 비용을 절감하는 고장 예측 장치 및 방법을 제공하는데 있다.In addition, it is to provide an apparatus and method for predicting a failure that prevents an accident due to a failure of a train and reduces costs due to a failure.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 열차 고장 예측 장치는 이력 데이터, 지침 데이터, 과거 상태 데이터, 및 차량의 현재 상태 데이터를 수집하는 데이터 수집 모듈, 수집된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장하는 데이터 전처리 및 저장 모듈, 전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 학습하여 차량 고장 여부를 진단하는 고장 진단 학습 모델을 생성하고, 상기 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터를 학습하여 차량 고장 시기 및 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 예측하는 고장 예측 학습 모델을 생성하는 데이터 학습 모듈, 전처리 및 저장된 상기 현재 상태 데이터를 상기 고장 진단 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터를 생성하고, 상기 진단 결과 데이터를 상기 고장 예측 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 예상 차량 고장 시기 및 예상 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 나타내는 예측 결과 데이터를 생성하는 데이터 진단 및 예측 모듈, 및 상기 진단 결과 데이터 및 상기 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 출력하는 데이터 제공 모듈을 포함한다.Train failure prediction apparatus according to an embodiment for solving the problem to be solved by the present invention is a data collection module for collecting historical data, guidance data, past state data, and current state data of the vehicle, the collected historical data, A data pre-processing and storage module for pre-processing and storing the guidance data, the past status data, and the current status data, pre-processing and storing the history data, the guidance data, and the past status data to diagnose a vehicle failure. A data learning module that generates a failure diagnosis learning model and generates a failure prediction learning model that predicts at least one of a vehicle failure timing and a vehicle failure cause by learning output data of the failure diagnosis learning model, the pre-processed and stored current state data Is applied to the fault diagnosis learning model. Generating diagnosis result data on whether a vehicle has failed, and applying the diagnosis result data to the failure prediction learning model to generate prediction result data indicating at least one of an expected vehicle failure timing and a predicted vehicle failure cause of the vehicle And a data providing module for outputting at least one of the data of the diagnostic result and the prediction result data and the prediction result data.

본 실시예에서, 상기 이력 데이터는 차량 유지보수 데이터를 포함할 수 있다.In this embodiment, the history data may include vehicle maintenance data.

본 실시예에서, 상기 과거 상태 데이터 및 상기 현재 상태 데이터는 각각, 차량의 주행 기록 데이터, 고장 검지 기록 데이터, 승객 하중 기록 데이터, 및 주행 동작 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In this embodiment, the past state data and the present state data may each include at least one of driving record data of a vehicle, fault detection record data, passenger load record data, and driving operation data.

본 실시예에서, 상기 데이터 학습 모듈은 SVM(Support Vector Machine), 인공 신경망, 베이지언 학습, 딥러닝, k-means 군집, HAC(Hierarchical Agglomerative Clustering) 군집 중 적어도 하나를 포함하는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 상기 고장 진단 학습 모델 및 상기 고장 예측 학습 모델을 생성할 수 있다.In this embodiment, the data learning module uses a machine learning algorithm including at least one of a support vector machine (SVM), artificial neural network, Bayesian learning, deep learning, k-means cluster, and hierarchical agglomerative clustering (HAC) cluster. Thus, the failure diagnosis learning model and the failure prediction learning model may be generated.

본 실시예에서, 상기 데이터 학습 모듈은 상기 전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터의 속성들을 분류 및 군집화하여 특성을 추론하고, 상기 특성과 차량 고장 사이의 상관 관계를 파악하여 상기 차량 고장 원인을 분석할 수 있다.In this embodiment, the data learning module classifies and clusters the attributes of the preprocessed and stored history data, the instruction data, and the past state data to infer a characteristic, and grasp a correlation between the characteristic and a vehicle failure By analyzing the cause of the vehicle failure.

본 실시예에서, 상기 데이터 수집 모듈이 다중화되어, 다중화된 데이터 수집 모듈이 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 동시에 수집하고, 상기 데이터 전처리 및 저장 모듈이 다중화되고, 다중화된 데이터 전처리 및 저장 모듈이 활성(active)과 대기(standby)로 동작하고, 활성으로 동작하는 데이터 전처리 및 저장 모듈이 수집된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장할 수 있다.In this embodiment, the data collection module is multiplexed so that the multiplexed data collection module simultaneously collects the history data, the instruction data, the past status data, and the current status data, and the data preprocessing and storage module is multiplexed The history data, the guidance data, the past state data, and the data preprocessing and storage module in which the multiplexed data preprocessing and storage module operates as active and standby, and the data preprocessing and storage module operating as active are collected Presence data can be preprocessed and stored.

본 실시예에서, 상기 데이터 전처리 및 저장 모듈이 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 헥사 데이터, 이미지 데이터, 및 텍스트 데이터로 분리하고, 상기 헥사 데이터를 필드 별 파싱하고, 상기 이미지 데이터를 그래프 이미지와 비그래프 이미지로 분리하여 처리하고, 상기 텍스트 데이터를 텍스트 마이닝 기법으로 분석할 수 있다.In this embodiment, the data pre-processing and storage module separates the history data, the instruction data, the past status data, and the current status data into hexa data, image data, and text data, and separates the hexa data by field. Parsing, processing the image data into a graph image and a non-graph image, and analyzing the text data using a text mining technique.

본 실시예에서, 상기 데이터 전처리 및 저장 모듈이 전처리된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 맵리듀스 형태로 하둡 인덱스 파일에 저장하고, 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터는 Hbase 및 레디스 중 적어도 하나의 형태로 유지될 수 있다.In this embodiment, the data pre-processing and storage module pre-processes the history data, the instruction data, and the past state data in a Hadoop index file in a map-reduce form, and stores the history data, the instruction data, and the The past state data may be maintained in at least one of Hbase and Redis.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 열차 고장 예측 방법은 데이터 수집 모듈에 의해, 이력 데이터, 지침 데이터, 및 과거 상태 데이터를 수집하는 단계, 데이터 전처리 및 저장 모듈에 의해, 수집된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 전처리 및 저장하는 단계, 데이터 학습 모듈에 의해, 전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 학습하여 차량 고장 여부를 진단하는 고장 진단 학습 모델을 생성하는 단계, 상기 데이터 학습 모듈에 의해, 상기 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터를 학습하여 차량 고장 시기 및 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 예측하는 고장 예측 학습 모델을 생성하는 단계, 상기 데이터 수집 모듈에 의해, 차량의 현재 상태 데이터를 수집하는 단계, 상기 데이터 전처리 및 저장 모듈에 의해, 수집된 상기 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장하는 단계, 데이터 진단 및 예측 모듈에 의해, 전처리 및 저장된 상기 현재 상태 데이터를 상기 고장 진단 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터를 생성하고, 상기 진단 결과 데이터를 상기 고장 예측 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 예상 차량 고장 시기 및 예상 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 나타내는 예측 결과 데이터를 생성하는 단계, 및 데이터 제공 모듈에 의해, 상기 진단 결과 데이터 및 상기 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 출력하는 단계를 포함한다.Method for predicting a train failure according to an embodiment for solving the problems to be solved by the present invention is by a data collection module, collecting historical data, guidance data, and past state data, by a data pre-processing and storage module, Pre-processing and storing the collected history data, the guidance data, and the past status data, by a data learning module, learning the history data, the guidance data, and the past status data pre-processed and stored to determine whether a vehicle has failed. Generating a failure diagnosis learning model for diagnosing, and generating, by the data learning module, a failure prediction learning model predicting at least one of a vehicle failure timing and a vehicle failure cause by learning output data of the failure diagnosis learning model Step, by the data collection module, the current state data of the vehicle Collecting, preprocessing and storing the collected current state data by the data preprocessing and storage module, and applying the preprocessed and stored current state data to the failure diagnosis learning model by the data diagnosis and prediction module Generating diagnosis result data on whether the vehicle has failed, and applying the diagnosis result data to the failure prediction learning model to generate prediction result data indicating at least one of an expected vehicle failure timing and a predicted vehicle failure cause of the vehicle And outputting at least one of the diagnosis result data and the prediction result data by the data providing module.

본 실시예에서, 상기 고장 진단 학습 모델을 생성하는 단계는, 상기 전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터의 속성들을 분류 및 군집화하여 특성을 추론하는 단계 및 상기 특성과 차량 고장 사이의 상관 관계를 파악하여 상기 차량 고장 원인을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.In this embodiment, the step of generating the failure diagnosis learning model includes: classifying and clustering attributes of the preprocessed and stored history data, the instruction data, and the past state data, and inferring a characteristic and the vehicle And analyzing the cause of the vehicle failure by grasping the correlation between the failures.

본 발명의 실시예들에 따르면, 인공 지능 기술을 열차 종합 제어 장치에 기록되는 각종 데이터에 적용하여 분석함으로써, 기관사에게 열차의 운행을 위해 필요한 보다 정확한 정보를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, by applying the artificial intelligence technology to various data recorded in the train comprehensive control device, it is possible to provide the engineer with more accurate information required for the operation of the train.

또한, 동일 연도에 제작된 열차의 고장 정보를 활용하여 다른 열차의 고장 시기 및/또는 고장 원인을 예측함으로써, 열차에 고장이 발생하기 전에 미리 조치를 취할 수 있는 기회를 제공할 수 있으므로, 사고 위험을 방지하고 고장으로 인한 비용을 절감할 수 있다.In addition, by predicting the timing and / or cause of failures of other trains by using the failure information of trains manufactured in the same year, it is possible to provide an opportunity for the train to take action in advance before a failure occurs. And reduce the cost of failure.

또한, 열차의 고장 시기를 예측할 수 있으므로, 고장 시기에 따른 부품 수요를 예측할 수 있다.In addition, since the time of failure of the train can be predicted, it is possible to predict the demand for parts according to the time of failure.

또한, 데이터 수집, 전처리, 및 저장에 있어서 모듈을 다중화함으로써, 수집, 전처리, 및 저장의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.In addition, by multiplexing modules in data collection, preprocessing, and storage, reliability of collection, preprocessing, and storage can be improved.

도 1은 일 실시예에 따른 열차 고장 예측 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 열차 고장 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 열차 고장 예측을 위한 데이터의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 데이터의 수집, 전처리, 및 저장을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 데이터의 수집 방식을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 데이터의 전처리 방식을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a train failure prediction apparatus according to an embodiment.
2 is a flowchart illustrating a method for predicting a train failure according to an embodiment.
3 is a view for explaining the flow of data for predicting a train failure according to an embodiment.
4 is a diagram illustrating collection, pre-processing, and storage of data according to an embodiment.
5 is a view for specifically explaining a data collection method according to an embodiment.
6 is a view for specifically explaining a data pre-processing method according to an embodiment.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention can be applied to a variety of transformations and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the following embodiments, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are only used to distinguish one component from other components.

이하의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the following examples are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include multiple expressions, unless the context clearly indicates otherwise. In the following embodiments, the terms “include” or “have” are intended to indicate that there are features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, one or more. It should be understood that the existence or addition possibilities of other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명의 실시예의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명의 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. 매커니즘, 요소, 수단, 구성과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.Embodiments of the present invention may be represented by functional block configurations and various processing steps. These functional blocks can be implemented with various numbers of hardware or / and software configurations that perform specific functions. For example, embodiments of the present invention may be implemented directly, such as memory, processing, logic, look-up table, etc., capable of executing various functions by control of one or more microprocessors or other control devices. Circuit configurations can be employed. Similar to the components of an embodiment of the present invention that can be implemented in software programming or software elements, an embodiment of the present invention includes various algorithms implemented in a combination of data structures, processes, routines or other programming configurations. It can be implemented in programming or scripting languages such as C, C ++, Java, and assembler. Functional aspects can be implemented with algorithms running on one or more processors. In addition, embodiments of the present invention may employ conventional techniques for electronic environment setting, signal processing, and / or data processing. Terms such as mechanisms, elements, means, and constructions can be used broadly and are not limited to mechanical and physical constructions. The term may include the meaning of a series of routines of software in connection with a processor or the like.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 여러 가지 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 열차 고장 예측 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a train failure prediction apparatus 100 according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 열차 고장 예측 장치(100)는 이력 데이터, 지침 데이터, 과거 상태 데이터, 및 차량의 현재 상태 데이터를 수집하는 데이터 수집 모듈(110), 수집된 이력 데이터, 지침 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장하는 데이터 전처리 및 저장 모듈(120), 전처리 및 저장된 이력 데이터, 지침 데이터, 및 과거 상태 데이터를 학습하여 차량 고장 여부를 진단하는 고장 진단 학습 모델을 생성하고, 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터를 학습하여 차량 고장 시기 및 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 예측하는 고장 예측 학습 모델을 생성하는 데이터 학습 모듈(130), 전처리 및 저장된 현재 상태 데이터를 고장 진단 학습 모델에 적용하여 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터를 생성하고, 진단 결과 데이터를 고장 예측 학습 모델에 적용하여 차량의 예상 차량 고장 시기 및 예상 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 포함하는 예측 결과 데이터를 생성하는 데이터 진단 및 예측 모듈(140), 및 진단 결과 데이터 및 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 출력하는 데이터 제공 모듈(150)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the train failure prediction apparatus 100 according to an embodiment includes a data collection module 110 for collecting historical data, guidance data, past state data, and current state data of a vehicle, and collected historical data, Data pre-processing and storage module 120 for pre-processing and storing guidance data, past status data, and current status data, and pre-processing and stored history data, guidance data, and past status data to learn failure diagnosis to diagnose vehicle failure. A data learning module 130 that generates a model and generates a failure prediction learning model that predicts at least one of a vehicle failure timing and a vehicle failure cause by learning the output data of the failure diagnosis learning model and failure of the preprocessed and stored current state data It is applied to the diagnostic learning model to generate diagnostic result data for vehicle failure, and Data diagnosis and prediction module 140 to generate prediction result data including at least one of a predicted vehicle failure timing and a predicted vehicle failure cause of the vehicle by applying the to the failure prediction learning model, and at least one of the diagnostic result data and the prediction result data It includes a data providing module 150 for outputting one.

한편, 본 발명의 실시예들에 따른 열차 고장 예측 장치(100)는 하나의 물리적 장치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 열차 고장 예측 장치(100)는 하나의 열차 종합 제어 장치 또는 하나의 열차 종합 정보 장치(TGIS, Train General Information System)로 구현될 수 있다.Meanwhile, the apparatus 100 for predicting train failure according to embodiments of the present invention may be implemented as one physical apparatus. For example, the train failure prediction apparatus 100 may be implemented as one train general control device or one train general information system (TGIS).

본 발명의 실시예들에 따른 열차 고장 예측 장치(100)는 복수의 물리적 장치가 유기적으로 결합되어 구현될 수도 있다. 이를 위해, 열차 고장 예측 장치(100)에 포함된 구성 중 일부는 어느 하나의 물리적 장치로 구현되고, 나머지 일부는 다른 물리적 장치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 어느 하나의 물리적 장치는 열차 종합 제어 장치의 일부로 구현되고, 다른 물리적 장치는 열차 종합 제어 장치와 별개로 구비된 서버의 일부로 구현될 수 있다.The apparatus 100 for predicting train failure according to embodiments of the present invention may be implemented by organically combining a plurality of physical devices. To this end, some of the components included in the train failure prediction apparatus 100 may be implemented as any one physical device, and the other parts may be implemented as another physical device. For example, one physical device may be implemented as a part of the comprehensive train control device, and the other physical device may be implemented as a part of a server provided separately from the comprehensive train control device.

도 2는 일 실시예에 따른 열차 고장 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for predicting a train failure according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 먼저 데이터 수집 모듈(110)이 이력 데이터, 지침 데이터, 및 과거 상태 데이터를 수집하면(S110), 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)이 수집된 이력 데이터, 지침 데이터, 및 과거 상태 데이터를 전처리 및 저장한다(S120).Referring to FIG. 2, first, when the data collection module 110 collects historical data, guidance data, and past state data (S110), the data preprocessing and storage module 120 collects historical data, guidance data, and past The state data is pre-processed and stored (S120).

이어서, 데이터 학습 모듈(130)은 전처리 및 저장된 이력 데이터, 지침 데이터, 및 과거 상태 데이터를 학습하여 차량 고장 여부를 진단하는 고장 진단 학습 모델을 생성한다(S130).Subsequently, the data learning module 130 generates a fault diagnosis learning model for diagnosing a vehicle failure by learning pre-processed and stored history data, guidance data, and past state data (S130).

이어서, 데이터 학습 모듈(130)은 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터를 학습하여 차량 고장 시기 및 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 예측하는 고장 예측 학습 모델을 생성한다(S140).Subsequently, the data learning module 130 generates a failure prediction learning model that predicts at least one of a vehicle failure timing and a vehicle failure cause by learning the output data of the failure diagnosis learning model (S140).

한편, 데이터 수집 모듈(110)이 차량의 현재 상태 데이터를 수집하면(S150), 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)이 수집된 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장한다(S160).Meanwhile, when the data collection module 110 collects the current state data of the vehicle (S150), the data preprocessing and storage module 120 preprocesses and stores the collected current state data (S160).

이어서, 데이터 진단 및 예측 모듈(140)은 전처리 및 저장된 현재 상태 데이터를 S130에서 생성된 고장 진단 학습 모델에 적용하여 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터를 생성하고(S170), 진단 결과 데이터를 S140에서 생성된 고장 예측 학습 모델에 적용하여 차량의 예상 차량 고장 시기 및 예상 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 나타내는 예측 결과 데이터를 생성한다(S180).Subsequently, the data diagnosis and prediction module 140 applies the pre-processed and stored current state data to the failure diagnosis learning model generated in S130 to generate diagnosis result data about whether the vehicle has failed (S170), and the diagnosis result data to S140 The prediction result data representing at least one of a predicted vehicle failure timing and a predicted vehicle failure cause of the vehicle is generated by applying to the failure prediction learning model generated in operation S180.

데이터 제공 모듈(150)은 진단 결과 데이터 및 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 출력한다(S190).The data providing module 150 outputs at least one of diagnosis result data and prediction result data (S190).

이하에서는, 도 3을 참조하여 도 2의 각 과정을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, each process of FIG. 2 will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도 3은 일 실시예에 따른 열차 고장 예측을 위한 데이터의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the flow of data for predicting a train failure according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 열차 고장 예측 장치(100)는 제1 스테이지(Stg1)의 동작을 최초로 수행한 후, 제2 스테이지(Stg2)의 동작을 수행하는 동시에 제1 스테이지(Stg1)의 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 3, the train failure prediction apparatus 100 performs the operation of the first stage Stg1 for the first time, and then performs the operation of the second stage Stg2 and simultaneously performs the operation of the first stage Stg1. can do.

제1 스테이지(Stg1)의 동작은 고장 진단 학습 모델 및 고장 예측 학습 모델 생성 동작에 관한 것이며, 제2 스테이지(Stg2)의 동작은 고장 진단 학습 모델 및 고장 예측 학습 모델 적용 동작에 관한 것이다.The operation of the first stage Stg1 relates to a failure diagnosis learning model and a failure prediction learning model generation operation, and the operation of the second stage Stg2 relates to a failure diagnosis learning model and a failure prediction learning model application operation.

먼저 제1 스테이지(Stg1)의 동작을 설명하면, 데이터 수집 모듈(110)은 통신 인터페이스로서, 복수의 열차들 및/또는 열차를 구성하는 복수의 차량들 각각에 대한 각종 과거 데이터를 수집할 수 있다.When the operation of the first stage Stg1 is first described, the data collection module 110 may collect various past data for each of a plurality of trains and / or a plurality of vehicles constituting the train as a communication interface. .

데이터 수집 모듈(110)은 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 및 과거 상태 데이터를 수집할 수 있다.The data collection module 110 may collect historical data, guidance data, environmental data, and historical status data.

이력 데이터는 차량 유지보수 데이터를 포함할 수 있다. 차량 유지보수 데이터는 열차에 발생한 고장이 수리된 사실을 나타내는 데이터일 수 있다. 차량 유지보수 데이터는 예를 들어, 열차 식별 데이터, 차량 식별 데이터, 부품 식별 데이터, 고장 식별 데이터, 고장 원인 식별 데이터, 유지보수 담당자 식별 데이터, 유지보수 일시 데이터, 유지보수 내용 데이터 등을 포함할 수 있다.The history data may include vehicle maintenance data. The vehicle maintenance data may be data indicating that a failure in the train has been repaired. Vehicle maintenance data may include, for example, train identification data, vehicle identification data, parts identification data, failure identification data, failure cause identification data, maintenance personnel identification data, maintenance date and time data, maintenance content data, and the like. have.

지침 데이터는 차량에 발생한 고장에 대한 유지보수 지침을 나타내는 데이터일 수 있다. 지침 데이터는 예를 들어, 부품 식별 데이터, 고장 식별 데이터, 고장 원인 식별 데이터, 유지보수 내용 데이터 등을 포함할 수 있다.The instruction data may be data indicating maintenance instructions for a vehicle failure. Instruction data may include, for example, part identification data, failure identification data, failure cause identification data, maintenance content data, and the like.

환경 데이터는 기온, 강우량, 강설량, 풍속 등 외부 환경을 나타내는 데이터일 수 있다. 환경 데이터는 특히, 열차가 지상에서 운행되는 경우에 필요한 데이터일 수 있다.The environmental data may be data representing an external environment such as temperature, rainfall, snowfall, and wind speed. The environmental data may be necessary data, particularly when the train is operating on the ground.

과거 상태 데이터는 차량의 주행 기록 데이터, 고장 검지 기록 데이터, 승객 하중 기록 데이터, 및 주행 동작 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The past state data may include at least one of driving record data of a vehicle, failure detection record data, passenger load record data, and driving operation data.

주행 기록 데이터는 예를 들어, 주행 일시 데이터, 열차 식별 데이터, 주행 거리 데이터, 소비 전력 데이터, 회생 전력 데이터 등을 포함할 수 있다.The driving record data may include, for example, driving date and time data, train identification data, driving distance data, power consumption data, regenerative power data, and the like.

고장 검지 기록 데이터는 고장 검지와 관련된, 시간 데이터, 속도 데이터, 거리 데이터, 주간제어기 위치 데이터, 가선 전압 데이터, 역 데이터, 자동 열차 제어 명령 데이터, 동작 모드 스위치 데이터, 승객 정보 표시 데이터, 비상 제동 계전기 데이터, 자동 열차 동작 준비 데이터 등을 포함할 수 있다.The failure detection record data is related to the failure detection, time data, speed data, distance data, daytime controller position data, cable voltage data, station data, automatic train control command data, operation mode switch data, passenger information display data, emergency braking relay Data, automatic train operation preparation data, and the like.

승객 하중 기록 데이터는 일시 데이터, 차량 식별 데이터, 중량 데이터 등을 포함할 수 있다.The passenger load record data may include date and time data, vehicle identification data, weight data, and the like.

주행 동작 데이터는 도어 관련 데이터, 스위치 관련 데이터, 전진 및/또는 후진 관련 데이터, 제동 명령 데이터, 역행 명령 데이터 등을 포함할 수 있다.The driving operation data may include door related data, switch related data, forward and / or reverse related data, braking command data, backing command data, and the like.

데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 수집된 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 및 과거 상태 데이터를 전처리하고, 전처리된 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 및 과거 상태 데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있다.The data pre-processing and storage module 120 may pre-process the collected historical data, guidance data, environmental data, and historical status data, and store the pre-processed historical data, guidance data, environmental data, and historical status data in a database.

데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 텍스트 마이닝, 특징 추출, 양자화 등의 전처리 동작을 수행할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.The data pre-processing and storage module 120 may perform pre-processing operations such as text mining, feature extraction, and quantization, but is not limited thereto.

데이터 학습 모듈(130)은 학습 모델을 생성할 수 있다. 데이터 학습 모듈(130)은 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)에 의해 전처리 및 저장된 데이터를 기계 학습 알고리즘을 이용하여 학습함으로써 학습 모델을 생성할 수 있다. 데이터 학습 모듈(130)은 예를 들어, SVM(Support Vector Machine), 인공 신경망, 베이지언 학습, 딥러닝, k-means 군집, HAC(Hierarchical Agglomerative Clustering) 군집 등의 기계 학습 알고리즘을 이용하여 고장 진단 학습 모델 및 고장 예측 학습 모델을 각각 생성할 수 있다.The data learning module 130 can generate a learning model. The data learning module 130 may generate a learning model by learning data preprocessed and stored by the data preprocessing and storage module 120 using a machine learning algorithm. The data learning module 130 diagnoses failures using, for example, machine learning algorithms such as support vector machines (SVM), artificial neural networks, Bayesian learning, deep learning, k-means clusters, and hierarchical aggregator clustering (HAC) clusters. A learning model and a failure prediction learning model can be generated, respectively.

상세하게는, 데이터 학습 모듈(130)은 전처리 및 저장된 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 및 과거 상태 데이터의 속성들을 분류 및 군집화하여 특성을 추론하고, 차량 고장을 진단하고, 특성과 차량 고장 사이의 상관 관계를 파악하여 차량 고장 원인을 분석함으로써 고장 진단 학습 모델을 생성할 수 있다.Specifically, the data learning module 130 classifies and clusters the properties of the pre-processed and stored history data, guidance data, environmental data, and past state data, infers characteristics, diagnoses vehicle failures, and compares characteristics and vehicle failures. It is possible to generate a failure diagnosis learning model by analyzing the cause of vehicle failure by grasping the correlation of.

한편, 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터는 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 및 과거 상태 데이터의 속성들을 분류 및 군집화하여 특성을 추론한 결과, 차량 고장을 진단한 결과, 특성과 차량 고장 사이의 상관 관계를 파악하여 차량 고장 원인을 분석한 결과 등을 나타내는 데이터일 수 있다.On the other hand, the output data of the failure diagnosis learning model classifies and clusters the properties of the historical data, guidance data, environmental data, and past status data, and infers the characteristics. As a result of diagnosing the vehicle failure, correlation between the characteristics and the vehicle failure It may be data representing a result of analyzing a cause of a vehicle failure by grasping the relationship.

데이터 학습 모듈(130)은 앞서 설명한 바와 같이, 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터를 학습하여 차량 고장 시기 및 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 예측하는 고장 예측 학습 모델을 생성할 수 있다.As described above, the data learning module 130 may generate a failure prediction learning model that predicts at least one of a vehicle failure timing and a vehicle failure cause by learning output data of the failure diagnosis learning model.

한편, 데이터 학습 모듈(130)에 의해 생성된 데이터 예를 들어, 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터, 고장 예측 학습 모델의 출력 데이터는 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)의 데이터베이스에 저장될 수 있다.Meanwhile, data generated by the data learning module 130, for example, output data of the failure diagnosis learning model and output data of the failure prediction learning model may be stored in a database of the data preprocessing and storage module 120.

다음으로 제2 스테이지(Stg2)의 동작을 설명하면, 데이터 수집 모듈(110)은 복수의 열차들 및/또는 열차를 구성하는 복수의 차량들 각각에 대한 각종 현재 데이터를 수집할 수 있다.Next, when the operation of the second stage Stg2 is described, the data collection module 110 may collect various current data for each of a plurality of trains and / or a plurality of vehicles constituting the train.

일 실시예에 따른 데이터 수집 모듈(110)은 환경 데이터 및 현재 상태 데이터를 수집할 수 있다.The data collection module 110 according to an embodiment may collect environmental data and current state data.

환경 데이터는 기온, 강우량, 강설량, 풍속 등 외부 환경을 나타내는 데이터일 수 있다.The environmental data may be data representing an external environment such as temperature, rainfall, snowfall, and wind speed.

현재 상태 데이터는 차량의 주행 기록 데이터, 고장 검지 기록 데이터, 승객 하중 기록 데이터, 및 주행 동작 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The current state data may include at least one of driving record data of the vehicle, failure detection record data, passenger load record data, and driving operation data.

데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 수집된 환경 데이터 및 현재 상태 데이터를 전처리하고, 전처리된 환경 데이터 및 현재 상태 데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있다.The data pre-processing and storage module 120 may pre-process the collected environmental data and the current state data, and store the pre-processed environmental data and the current state data in a database.

데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 정규화, 차원 축소, 특징 추출, 양자화, 결측치 처리 등의 전처리 동작을 수행할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.The data preprocessing and storage module 120 may perform preprocessing operations such as normalization, dimension reduction, feature extraction, quantization, and missing value processing, but is not limited thereto.

데이터 진단 및 예측 모듈(140)은 제1 스테이지(Stg1)에서 생성된 학습 모델을 적용할 수 있다. 데이터 진단 및 예측 모듈(140)은 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)에 의해 전처리 및 저장된 데이터를 제1 스테이지(Stg1)에서 생성된 학습 모델에 적용하여 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터 및 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.The data diagnosis and prediction module 140 may apply the learning model generated in the first stage Stg1. The data diagnosis and prediction module 140 applies the data pre-processed and stored by the data pre-processing and storage module 120 to the learning model generated in the first stage Stg1, and results of diagnosis and prediction of the vehicle's failure. At least one of the data can be generated.

상세하게는 데이터 진단 및 예측 모듈(140)은 전처리 및 저장된 환경 데이터 및 현재 상태 데이터를 고장 진단 학습 모델에 적용하여 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터를 생성하고, 진단 결과 데이터를 고장 예측 학습 모델에 적용하여 차량의 예상 차량 고장 시기 및 예상 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 나타내는 예측 결과 데이터를 생성할 수 있다.In detail, the data diagnosis and prediction module 140 applies pre-processed and stored environmental data and current state data to the failure diagnosis learning model to generate diagnosis result data on whether the vehicle has failed, and to diagnose the failure result data to diagnose the failure result. It can be applied to generate predictive result data indicating at least one of a predicted vehicle failure timing and a predicted vehicle failure cause of the vehicle.

한편, 데이터 진단 및 예측 모듈(140)에 의해 생성된 데이터 예를 들어, 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터 및 예측 결과 데이터 중 적어도 하나는 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)의 데이터베이스에 저장될 수 있다.On the other hand, data generated by the data diagnosis and prediction module 140, for example, at least one of diagnosis result data and prediction result data for whether a vehicle has failed may be stored in a database of the data preprocessing and storage module 120. have.

데이터 제공 모듈(150)은 데이터 진단 및 예측 모듈(140)이 생성한 데이터를 기관사 또는 유지보수 담당자에게 제공할 수 있다. 데이터 제공 모듈(150)은 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터 및 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 예를 들어, 화면을 통해 표시할 수 있다.The data providing module 150 may provide data generated by the data diagnosis and prediction module 140 to an engineer or maintenance personnel. The data providing module 150 may display, for example, at least one of diagnosis result data and prediction result data on whether the vehicle has failed, through a screen.

한편, 데이터 제공 모듈(150)에 의해 제공된 데이터 예를 들어, 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터 및 예측 결과 데이터 중 적어도 하나는 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)의 데이터베이스에 저장될 수 있다.On the other hand, data provided by the data providing module 150, for example, at least one of diagnosis result data and prediction result data on whether a vehicle has failed may be stored in a database of the data pre-processing and storage module 120.

데이터 학습 모듈(130)은 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)의 데이터베이스에 저장된 전처리된 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터뿐만 아니라, 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터, 고장 예측 학습 모델의 출력 데이터, 전처리된 환경 데이터 및 현재 상태 데이터, 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터, 차량의 고장 여부에 대한 예측 결과 데이터까지도, S130의 고장 진단 학습 모델 생성 및 S140의 고장 예측 학습 모델 생성에 사용함으로써, 점진적이고 증강적인 학습을 수행할 수 있으며 그 결과, 보다 정확한 고장 진단 학습 모델 및 고장 예측 학습 모델을 생성할 수 있다.The data learning module 130 not only pre-processed history data, guidance data, environmental data, and past state data stored in the database of the data pre-processing and storage module 120, but also outputs data of the failure diagnosis learning model and outputs of the failure prediction learning model. By using data, pre-processed environmental data and current status data, diagnostic result data for vehicle failure, and predictive result data for vehicle failure, it is also used to generate a failure diagnosis learning model in S130 and a failure prediction learning model in S140. , Progressive and augmented learning can be performed, and as a result, more accurate fault diagnosis learning models and fault prediction learning models can be generated.

도 4는 일 실시예에 따른 데이터의 수집, 전처리, 및 저장을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram illustrating collection, pre-processing, and storage of data according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 데이터 수집 모듈(110)은 플럼(Flume)을 이용하여 데이터를 수집할 수 있다.Referring to FIG. 4, the data collection module 110 may collect data using a plume.

데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 카프카(Kafka)를 이용하여 데이터를 전처리할 수 있다.The data pre-processing and storage module 120 may pre-process data using Kafka.

데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 하둡(Hadoop) 기반으로 데이터베이스에 데이터를 저장할 수 있다.The data pre-processing and storage module 120 may store data in a database based on Hadoop.

상세하게는, 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 전처리된 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 및 과거 상태 데이터를 맵리듀스 형태로 하둡 인덱스 파일에 저장하고, 저장된 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 및 과거 상태 데이터는 Hbase 및 레디스(Radis) 중 적어도 하나의 형태로 유지될 수 있다.In detail, the data pre-processing and storage module 120 stores the pre-processed history data, guide data, environment data, and past state data in a Hadoop index file in a map-reduce form, and stores the stored history data, guide data, environment data, And the past state data may be maintained in at least one of Hbase and Redis.

한편, 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 데이터베이스에 저장된 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터 및 예측 결과 데이터에 임팔라(Impala), 제플린(Zeppelin), 및 머하웃(Mahout) 중 적어도 하나를 적용할 수 있다.Meanwhile, the data pre-processing and storage module 120 may apply at least one of Impala, Zeppelin, and Mahout to the diagnosis result data and the prediction result data for whether the vehicle is stored in the database. Can be.

한편, 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 스쿱(Sqoop) 방식으로 데이터베이스에 데이터를 저장할 수 있다. 스쿱 방식으로 데이터가 저장된 데이터베이스는 업무용 데이터베이스로 활용될 수 있다.Meanwhile, the data pre-processing and storage module 120 may store data in a database in a Sqoop method. The database in which data is stored in the scan method can be used as a business database.

도 5는 일 실시예에 따른 데이터의 수집 방식을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for specifically explaining a data collection method according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 데이터 수집 모듈(110) 및 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 다중화될 수 있다.Referring to FIG. 5, the data collection module 110 and the data preprocessing and storage module 120 may be multiplexed.

다중화된 데이터 수집 모듈(110)은 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 동시에 수집할 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집 모듈 A(110A) 및 데이터 수집 모듈 B(110B)는 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 동시에 수집할 수 있다.The multiplexed data collection module 110 may collect historical data, guidance data, environmental data, past status data, and current status data at the same time. For example, the data collection module A 110A and the data collection module B 110B may simultaneously collect historical data, guidance data, environmental data, past status data, and current status data.

데이터 수집 모듈 A(110A)는 소스 1에서 수집한 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 채널 1을 통해 싱크 1로 전달하고, 데이터 수집 모듈 B(110B)는 소스 2에서 수집한 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 채널 2를 통해 싱크 2로 전달할 수 있다. Data collection module A (110A) delivers historical data, guidance data, environmental data, past state data, and current state data collected from source 1 to sink 1 through channel 1, and data collection module B (110B) is source The history data, guidance data, environmental data, past status data, and current status data collected in 2 can be transmitted to sink 2 through channel 2.

데이터 수집 모듈 A(110A)의 싱크 1 및 데이터 수집 모듈 B(110B)의 싱크 2가 각각 전달받은 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터는 데이터 수집 모듈 C(110C)에 전달될 수 있다.The historical data received by the sink 1 of the data collection module A (110A) and the sink 2 of the data collection module B (110B), guidance data, environmental data, past state data, and current state data are respectively collected by the data collection module C (110C). Can be passed on.

데이터 수집 모듈 C(110C)는 소스 3에서 수집한 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 인터셉터를 통해 채널 3A 및 채널 3B에 각각 전달하고, 채널 3A 및 채널 3B는 각각 싱크 3A 및 싱크 3B에 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 전달할 수 있다.Data collection module C (110C) delivers historical data, guidance data, environmental data, past status data, and current status data collected from source 3 to channels 3A and 3B, respectively, through an interceptor, and channels 3A and 3B are Historical data, guidance data, environmental data, past status data, and current status data can be transmitted to sink 3A and sink 3B, respectively.

데이터 수집 모듈 C(110C)의 싱크 3A 및 싱크 3B은 각각 다중화된 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)에 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 전달할 수 있다.Sink 3A and sink 3B of data collection module C 110C may deliver historical data, guidance data, environmental data, past status data, and current status data to multiplexed data preprocessing and storage module 120, respectively.

이처럼, 데이터 수집 모듈(110)이 다중화됨으로써, 수집 신뢰도가 향상될 수 있다.As described above, by multiplexing the data collection module 110, collection reliability can be improved.

다중화된 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 활성(active)과 대기(standby)로 동작할 수 있다. 예를 들어, 데이터 전처리 및 저장 모듈 A(120A)는 활성으로 동작하고, 데이터 전처리 및 저장 모듈 B(120B)는 대기로 동작할 수 있다.The multiplexed data pre-processing and storage module 120 may operate as active and standby. For example, the data pre-processing and storage module A 120A may operate as active, and the data pre-processing and storage module B 120B may operate as a standby.

활성으로 동작하는 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 수집된 이력 데이터, 지침 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장할 수 있다. The active data pre-processing and storage module 120 may pre-process and store the collected history data, guidance data, past status data, and current status data.

예를 들어, 활성으로 동작하는 데이터 전처리 및 저장 모듈 A(120A)의 버퍼 및 분배기 1은 전달된 이력 데이터, 지침 데이터, 환경 데이터, 과거 상태 데이터, 및 현재 상태 데이터를 헥사 데이터, 이미지 데이터, 및 텍스트 데이터로 분리하고, 헥사 데이터는 헥사 데이터 전처리기 1이, 이미지 데이터는 이미지 데이터 전처리기 1이, 텍스트 데이터는 텍스트 데이터 전처리기 1이 처리할 수 있다.For example, the buffer and divider 1 of the data preprocessing and storage module A (120A) operating as active can be used to transfer the historical data, guidance data, environmental data, past status data, and current status data to hexa data, image data, and Separated into text data, hexa data can be processed by hexa data preprocessor 1, image data by image data preprocessor 1, and text data by text data preprocessor 1.

헥사 데이터는 예를 들어 운영 데이터(operation data), 알람 데이터(alarm data)일 수 있다.The hexa data may be, for example, operation data or alarm data.

이때, 헥사 데이터 전처리기 1은 헥사 데이터를 필드 별 파싱함으로써 헥사 데이터를 전처리할 수 있다. 이미지 데이터 전처리기 1은 이미지 데이터를 그래프 이미지와 비그래프 이미지로 분리하여 처리함으로써 이미지 데이터를 전처리할 수 있다. 텍스트 데이터 전처리기 1은 텍스트 데이터를 텍스트 마이닝 기법으로 분석함으로써 텍스트 데이터를 전처리할 수 있다.At this time, the hexa data preprocessor 1 may preprocess the hexa data by parsing the hexa data for each field. The image data preprocessor 1 may preprocess image data by separating and processing the image data into a graph image and a non-graph image. The text data preprocessor 1 may preprocess the text data by analyzing the text data using a text mining technique.

이후, 전처리된 헥사 데이터는 열차 종합 제어 장치에 의해 정의된 비트 단위 필드로 분류되어 저장될 수 있고, 전처리된 그래프 이미지 데이터는 샘플링과 양자화된 그래프 정보가 저장될 수 있고, 전처리된 비그래프 이미지 데이터는 차원 축소 및 특징 추출을 통해 요약된 정보가 저장될 수 있고, 전처리된 텍스트 데이터는 기본적으로 분류된 단위 문장으로 저장되며, 필요시 패턴화되어 저장될 수도 있다.Thereafter, the pre-processed hexa data may be classified and stored as a bit unit field defined by the train synthesis control device, and the pre-processed graph image data may be stored with sampling and quantized graph information, and the pre-processed non-graph image data The summary information may be stored through dimension reduction and feature extraction, and the pre-processed text data may be basically stored as classified unit sentences, and may be patterned and stored if necessary.

활성으로 동작하는 데이터 전처리 및 저장 모듈 A(120A)이 위와 같은 동작을 수행하는 동안, 대기로 동작하는 데이터 전처리 및 저장 모듈 B(120B)는 데이터 전처리 및 저장 모듈 A(120A)이 수행하는 동작을 수행하지 않을 수 있다.While the data preprocessing and storage module A 120A operating as active performs the above operations, the data preprocessing and storage module B 120B operating as standby performs operations performed by the data preprocessing and storage module A 120A. It may not.

이처럼, 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)이 다중화됨으로써, 수집 신뢰도가 향상될 수 있다.As such, the data pre-processing and storage module 120 is multiplexed, so that the reliability of collection can be improved.

도 6은 일 실시예에 따른 데이터의 전처리 방식을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for specifically explaining a data pre-processing method according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 데이터 전처리 및 저장 모듈(120)은 버퍼(121), 분배기(122), 전처리 매니저(123), 데이터 전처리기(124A, 124B, 124C), 및 로그기록기(125)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the data pre-processing and storage module 120 includes a buffer 121, a distributor 122, a pre-processing manager 123, a data pre-processor 124A, 124B, 124C, and a log recorder 125 do.

버퍼(121)는 데이터 수집 모듈(110)로부터 전달받은 데이터를 임시 저장할 수 있다.The buffer 121 may temporarily store data received from the data collection module 110.

분배기(122)는 버퍼(121)에 임시 저장된 데이터를 헥사 데이터, 이미지 데이터, 및 텍스트 데이터로 분류할 수 있다.The divider 122 may classify data temporarily stored in the buffer 121 into hexa data, image data, and text data.

분배기(122)는 버퍼 로더(1221), 파일 룰 로더(1222), 헤더 파서(1223), 분류 및 이상 검증기(1224), 및 파일 이상 검증기(1225)를 포함할 수 있다.The distributor 122 may include a buffer loader 1221, a file rule loader 1222, a header parser 1223, a classification and anomaly verifier 1224, and a file anomaly verifier 1225.

버퍼 로더(1221)는 버퍼(121)에 임시 저장된 데이터를 헤더 파서(1223)로 전달할 수 있다. 헤더 파서(1223)로 전달된 데이터는 분류 및 이상 검증기(1224), 및 파일 이상 검증기(1225)를 통해 전처리 매니저(123) 및 로그기록기(125)에 전달될 수 있다.The buffer loader 1221 may transmit data temporarily stored in the buffer 121 to the header parser 1223. Data transmitted to the header parser 1223 may be transmitted to the pre-processing manager 123 and the log recorder 125 through the classification and anomaly verifier 1224 and the file anomaly verifier 1225.

파일 룰 로더(1222)는 외부로부터 파일 유형 및 구조가 정의된 XML 파일을 수신하여 분류 및 이상 검증기(1224)에 전달할 수 있다. XML 파일은 <Header>, <Body>, <Parser>로 구성될 수 있다.The file rule loader 1222 may receive an XML file in which the file type and structure are defined from the outside and transmit the XML file to the classification and anomaly verifier 1224. The XML file can be composed of <Header>, <Body>, and <Parser>.

한편, 전처리 매니저(123)는 분배기(122)로부터 수신한 헥사 데이터를 헥사 데이터 전처리기(124A)로, 분배기(122)로부터 수신한 이미지 데이터를 이미지 데이터 전처리기(124B)로, 분배기(122)로부터 수신한 텍스트 데이터를 텍스트 데이터 전처리기(124C)로 전달할 수 있다.Meanwhile, the pre-processing manager 123 transmits the hexa data received from the distributor 122 to the hexa data pre-processor 124A, the image data received from the distributor 122 to the image data pre-processor 124B, and the distributor 122. The text data received from can be transferred to the text data preprocessor 124C.

앞서 설명한 바와 같이, 헥사 데이터 전처리기(124A)는 헥사 데이터를 필드 별 파싱할 수 있고, 이미지 데이터 전처리기(124B)는 이미지 데이터를 그래프 이미지와 비그래프 이미지로 분리하여 처리할 수 있고, 다. 텍스트 데이터 전처리기(124C)는 텍스트 데이터를 텍스트 마이닝 기법으로 분석할 수 있다.As described above, the hexa data preprocessor 124A can parse the hexa data for each field, and the image data preprocessor 124B can process the image data by separating it into a graph image and a non-graph image. The text data preprocessor 124C may analyze text data using a text mining technique.

본 발명의 실시예들에 따르면, 인공 지능 기술을 열차 종합 제어 장치에 기록되는 각종 데이터에 적용하여 분석함으로써, 기관사에게 열차의 운행을 위해 필요한 보다 정확한 정보를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, by applying the artificial intelligence technology to various data recorded in the train comprehensive control device, it is possible to provide the engineer with more accurate information required for the operation of the train.

또한, 동일 연도에 제작된 열차의 고장 정보를 활용하여 다른 열차의 고장 시기 및/또는 고장 원인을 예측함으로써, 열차에 고장이 발생하기 전에 미리 조치를 취할 수 있는 기회를 제공할 수 있으므로, 사고 위험을 방지하고 고장으로 인한 비용을 절감할 수 있다.In addition, by predicting the timing and / or cause of failures of other trains by using the failure information of trains manufactured in the same year, it is possible to provide an opportunity for the train to take action in advance before a failure occurs. And reduce the cost of failure.

또한, 열차의 고장 시기를 예측할 수 있으므로, 고장 시기에 따른 부품 수요를 예측할 수 있다.In addition, since the time of failure of the train can be predicted, it is possible to predict the demand for parts according to the time of failure.

또한, 데이터 수집, 전처리, 및 저장에 있어서 모듈을 다중화함으로써, 수집, 전처리, 및 저장의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.In addition, by multiplexing modules in data collection, preprocessing, and storage, reliability of collection, preprocessing, and storage can be improved.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다.So far, the present invention has been focused on preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 상기 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and the invention claimed by the claims and the inventions equivalent to the claimed invention should be construed as being included in the present invention.

100: 열차 고장 예측 장치
110: 데이터 수집 모듈
120: 데이터 전처리 및 저장 모듈
130: 데이터 학습 모듈
140: 데이터 진단 및 예측 모듈
150: 데이터 제공 모듈
100: train failure prediction device
110: data collection module
120: data pre-processing and storage module
130: data learning module
140: data diagnosis and prediction module
150: data provision module

Claims (10)

이력 데이터, 지침 데이터, 과거 상태 데이터, 및 차량의 현재 상태 데이터를 수집하는 데이터 수집 모듈;
수집된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장하는 데이터 전처리 및 저장 모듈;
전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 학습하여 차량 고장 여부를 진단하는 고장 진단 학습 모델을 생성하고, 상기 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터를 학습하여 차량 고장 시기 및 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 예측하는 고장 예측 학습 모델을 생성하는 데이터 학습 모듈;
전처리 및 저장된 상기 현재 상태 데이터를 상기 고장 진단 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터를 생성하고, 상기 진단 결과 데이터를 상기 고장 예측 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 예상 차량 고장 시기 및 예상 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 나타내는 예측 결과 데이터를 생성하는 데이터 진단 및 예측 모듈; 및
상기 진단 결과 데이터 및 상기 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 출력하는 데이터 제공 모듈;을 포함하는, 열차 고장 예측 장치.
A data collection module for collecting historical data, guidance data, past status data, and current status data of the vehicle;
A data preprocessing and storage module for preprocessing and storing the collected history data, the instruction data, the past status data, and the current status data;
A failure diagnosis learning model for diagnosing a vehicle failure by generating the pre-processed and stored history data, the instruction data, and the past state data is generated, and the vehicle failure timing and vehicle failure by learning the output data of the failure diagnosis learning model A data learning module generating a failure prediction learning model predicting at least one of the causes;
Pre-processed and stored current state data is applied to the failure diagnosis learning model to generate diagnosis result data on whether the vehicle has failed, and the diagnosis result data is applied to the failure prediction learning model to predict a vehicle's expected vehicle failure time. And a data diagnosis and prediction module generating prediction result data indicating at least one of a predicted vehicle failure cause. And
And a data providing module that outputs at least one of the diagnosis result data and the prediction result data.
청구항 1에 있어서,
상기 이력 데이터는 차량 유지보수 데이터를 포함하는, 열차 고장 예측 장치.
The method according to claim 1,
The historical data includes vehicle maintenance data, a train failure prediction device.
청구항 1에 있어서,
상기 과거 상태 데이터 및 상기 현재 상태 데이터는 각각,
차량의 주행 기록 데이터, 고장 검지 기록 데이터, 승객 하중 기록 데이터, 및 주행 동작 데이터 중 적어도 하나를 포함하는, 열차 고장 예측 장치.
The method according to claim 1,
The past state data and the current state data are respectively,
An apparatus for predicting train failure, comprising at least one of a vehicle driving record data, a failure detection record data, a passenger load record data, and a driving operation data.
청구항 1에 있어서,
상기 데이터 학습 모듈은 SVM(Support Vector Machine), 인공 신경망, 베이지언 학습, 딥러닝, k-means 군집, HAC(Hierarchical Agglomerative Clustering) 군집 중 적어도 하나를 포함하는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 상기 고장 진단 학습 모델 및 상기 고장 예측 학습 모델을 생성하는, 열차 고장 예측 장치.
The method according to claim 1,
The data learning module uses the machine learning algorithm including at least one of SVM (Support Vector Machine), artificial neural network, Bayesian learning, deep learning, k-means clustering, and HAC (Hierarchical Agglomerative Clustering) clustering. A train failure prediction apparatus for generating a model and the failure prediction learning model.
청구항 1에 있어서,
상기 데이터 학습 모듈은 상기 전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터의 속성들을 분류 및 군집화하여 특성을 추론하고, 상기 특성과 차량 고장 사이의 상관 관계를 파악하여 상기 차량 고장 원인을 분석하는, 열차 고장 예측 장치.
The method according to claim 1,
The data learning module classifies and clusters the properties of the pre-processed and stored history data, the instruction data, and the past state data, infers a characteristic, understands a correlation between the characteristic and a vehicle failure, and causes the vehicle failure. Train breakdown prediction device to analyze.
청구항 1에 있어서,
상기 데이터 수집 모듈이 다중화되어, 다중화된 데이터 수집 모듈이 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 동시에 수집하고,
상기 데이터 전처리 및 저장 모듈이 다중화되고, 다중화된 데이터 전처리 및 저장 모듈이 활성(active)과 대기(standby)로 동작하고, 활성으로 동작하는 데이터 전처리 및 저장 모듈이 수집된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장하는, 열차 고장 예측 장치.
The method according to claim 1,
The data collection module is multiplexed so that the multiplexed data collection module simultaneously collects the history data, the instruction data, the past status data, and the current status data,
The history data, the instruction data from which the data preprocessing and storage module is multiplexed, the multiplexed data preprocessing and storage module is active and standby, and the active data preprocessing and storage module is collected , Pre-processing and storing the past state data and the present state data, Train failure prediction device.
청구항 1에 있어서,
상기 데이터 전처리 및 저장 모듈이 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 상기 과거 상태 데이터, 및 상기 현재 상태 데이터를 헥사 데이터, 이미지 데이터, 및 텍스트 데이터로 분리하고, 상기 헥사 데이터를 필드 별 파싱하고, 상기 이미지 데이터를 그래프 이미지와 비그래프 이미지로 분리하여 처리하고, 상기 텍스트 데이터를 텍스트 마이닝 기법으로 분석하는, 열차 고장 예측 장치.
The method according to claim 1,
The data pre-processing and storage module separates the history data, the instruction data, the past status data, and the current status data into hexa data, image data, and text data, parses the hexa data per field, and the image A train failure prediction apparatus that processes data by separating it into a graph image and a non-graph image, and analyzes the text data using a text mining technique.
청구항 1에 있어서,
상기 데이터 전처리 및 저장 모듈이 전처리된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 맵리듀스 형태로 하둡 인덱스 파일에 저장하고, 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터는 Hbase 및 레디스 중 적어도 하나의 형태로 유지되는, 열차 고장 예측 장치.
The method according to claim 1,
The history data, the instruction data, and the past status data pre-processed by the data pre-processing and storage module are stored in a Hadoop index file in a MapReduce format, and the stored history data, the instruction data, and the past status data are Hbase. And redis maintained in at least one form.
데이터 수집 모듈에 의해, 이력 데이터, 지침 데이터, 및 과거 상태 데이터를 수집하는 단계;
데이터 전처리 및 저장 모듈에 의해, 수집된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 전처리 및 저장하는 단계;
데이터 학습 모듈에 의해, 전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터를 학습하여 차량 고장 여부를 진단하는 고장 진단 학습 모델을 생성하는 단계;
상기 데이터 학습 모듈에 의해, 상기 고장 진단 학습 모델의 출력 데이터를 학습하여 차량 고장 시기 및 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 예측하는 고장 예측 학습 모델을 생성하는 단계;
상기 데이터 수집 모듈에 의해, 차량의 현재 상태 데이터를 수집하는 단계;
상기 데이터 전처리 및 저장 모듈에 의해, 수집된 상기 현재 상태 데이터를 전처리 및 저장하는 단계;
데이터 진단 및 예측 모듈에 의해, 전처리 및 저장된 상기 현재 상태 데이터를 상기 고장 진단 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 고장 여부에 대한 진단 결과 데이터를 생성하고, 상기 진단 결과 데이터를 상기 고장 예측 학습 모델에 적용하여 상기 차량의 예상 차량 고장 시기 및 예상 차량 고장 원인 중 적어도 하나를 나타내는 예측 결과 데이터를 생성하는 단계; 및
데이터 제공 모듈에 의해, 상기 진단 결과 데이터 및 상기 예측 결과 데이터 중 적어도 하나를 출력하는 단계;를 포함하는, 열차 고장 예측 방법.
Collecting historical data, guidance data, and historical status data by a data collection module;
Pre-processing and storing the collected historical data, the instruction data, and the past state data by a data pre-processing and storage module;
Generating a failure diagnosis learning model for diagnosing a vehicle failure by learning the history data, the instruction data, and the past state data pre-processed and stored by the data learning module;
Generating, by the data learning module, a failure prediction learning model predicting at least one of a vehicle failure timing and a vehicle failure cause by learning output data of the failure diagnosis learning model;
Collecting, by the data collection module, current state data of the vehicle;
Pre-processing and storing the collected current state data by the data pre-processing and storage module;
The data diagnosis and prediction module applies the preprocessed and stored current state data to the failure diagnosis learning model to generate diagnosis result data on whether the vehicle has failed, and applies the diagnosis result data to the failure prediction learning model Generating prediction result data indicating at least one of a predicted vehicle failure timing and a predicted vehicle failure cause of the vehicle; And
And outputting at least one of the diagnosis result data and the prediction result data by a data providing module.
청구항 9에 있어서,
상기 고장 진단 학습 모델을 생성하는 단계는,
상기 전처리 및 저장된 상기 이력 데이터, 상기 지침 데이터, 및 상기 과거 상태 데이터의 속성들을 분류 및 군집화하여 특성을 추론하는 단계; 및
상기 특성과 차량 고장 사이의 상관 관계를 파악하여 상기 차량 고장 원인을 분석하는 단계;를 포함하는, 열차 고장 예측 방법.
The method according to claim 9,
Generating the failure diagnosis learning model,
Classifying and clustering attributes of the pre-processed and stored history data, the instruction data, and the past state data to infer a characteristic; And
And analyzing a cause of the vehicle failure by understanding a correlation between the characteristic and a vehicle failure.
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