KR20200063712A - 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하부에 위치한 터널 내에서 열차에 전원을 공급하기 위해 설치되는 전차선로가 판토그라프와의 접촉으로 인해 마모된 상태를 확인하고, 애자 등 지하시설물의 결함 상태를 이미지 처리하여 마모 및 결함을 실시간으로 검사할 수 있도록 하는 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 지하부에 위치한 전차선로에 대해 2D 및 3D 이미지를 사용하여 마모나 결함 여부 등을 등을 실시간으로 정확하게 파악할 수 있으며, 유지보수가 필요한 상황과 위치 등을 관리자에게 실시간으로 정확하게 전달함으로써 현장 작업자에게 편의를 제공해 줄 수 있는 효과가 있다.

Description

도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템{AN INSPECTION SYSTEM FOR ABRAISON AND DEFECT OF TRACTION LINE}

본 발명은 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하부에 위치한 터널 내에서 열차에 전원을 공급하기 위해 설치되는 전차선로가 판토그라프와의 접촉으로 인해 마모된 상태를 확인하고, 애자 등 지하시설물의 결함 상태를 이미지 처리하여 마모 및 결함을 실시간으로 검사할 수 있도록 하는 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 상업 운전되고 있는 열차 특히 고속열차는 전차선에서 받은 전기에너지를 동원력으로 이용하여 주행하기 때문에 열차에 설치된 판토그라프(pantograph)가 전차선과 접촉할 때 얼마나 안정적으로 전차선을 추종하면서 집전하는가에 따라 열차의 견인이나 제동 등의 주행 성능이 좌우된다.

터널내 지하시설물은 지하공간 내부에서 전차선을 지지하고 있는 전기철도의 핵심 시설물로서, 전기철도 열차의 판토그라프가 전차선과 안정되게 접촉할 수 있도록 규정된 시설물 건축한계를 벗어나지 않도록 관리 및 유지보수 되어야 한다.

이러한 지하시설물 설비에 대한 유지보수는 도보순회 검사방식으로 수행되고 있으며, 철도 시설물 증가와 열차 고속화, 영업시간 연장 등으로 방대한 철도시설물에 대한 유지보수 시간이 부족함에 따라 전차선로의 위험요소는 증가하는 추세에 있다.

그러나 이러한 육안점검에 의해 지하시설물의 손상 유무를 확인하는 방법은 철도시설물 증가(선로확장)로 차량 가용성은 증가하고 있는 실정이어서, 많은 수의 시설물 변형 유무를 신속하고 정확하게 점검할 수 있는 효율성이 떨어지는 문제가 있었다. 즉, 작업자가 일일이 지하시설물의 외관을 육안으로 관찰하면서, 나사 및 볼트류의 이탈 등을 정확하게 파악해내기는 쉽지 않을 뿐만 아니라 작업자의 육안 및 경험치만으로 부품의 손상 유무를 판단하기에는 안전점검에 대한 정확도가 떨어지는 문제가 있었다.

특히, 지하시설물은 전차선을 지지하기 위해 지하 공간을 형성하는 터널 내부의 천장이나 벽면에 설비되어 있고, 유지보수를 위해 전기철도차량의 상업운행이 종료되는 새벽시간대에 수행되어야 하므로 시간적으로나 공간적으로 한계가 많다. 특허 터널의 천장은 지상 시설물에 비해 높이가 높아서 접근이 곤란하고, 측면의 벽면은 원형인 경우가 많아서 작업자가 직접 접근할 수 있도록 하는 시설물을 설치하기가 어려운 경우가 많다.

2002년 고속철도가 도입된 이후로 전차선로시설물은 기계적, 전기적 피로가 누적되어 손상이 증가하고 있는 추세에서 지하시설물 변형 검사를 신속하고 정확한 정밀진단을 위해서는 고도화된 검측기술이 요구되고 있다.

특히 지하에 위치한 터널 내부에 설치되는 전차선로 지하시설물의 경우에는 천장이나 바닥면, 측벽 등에 다양한 형태의 지하시설물이 설치되는데, 지상에 설치된 지상시설물에 비해서 관리나 유지, 보수가 곤란한 경우가 많다. 또한 지하시설물의 경우에는 파손이나 변형이 생겼을 때 사고로 인해 교통망이 마비되는 가능성이 더 크기 때문에 철저한 관리가 필요하다.

그러나, 국내에는 지하시설물의 변형을 자동으로 측정하기 위한 방법이 없어서 작업자가 육안으로 터널 내부로 진입하여 점검하고 있으며, 고압 환경에서 안전사고의 위험뿐만 아니라 작업자들의 육안에 따라 시설물 점검이 이루어지고 있어 지하시설물에 대한 과학적인 유지보수체제를 확립하기 어려운 문제점이 있었다.

KR 10-0994159 B1 KR 10-1701160 B1

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 터널 내부에 설치되는 전차선로를 열차의 운행 중에 취득하는 이미지로 분석하고, 이미지 분석 프로그램을 이용하여 전차선로 구성요소의 마모나 결함 여부 등을 실시간으로 분석하여 관리자에게 전달할 수 있도록 하는 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 지하시설물에 설치된 부품에 대한 정보를 이미지로 취득하여 현재 위치를 확인하고, 마모나 결함이 발생한 전차선로 구성요소의 위치를 정확하게 확인할 수 있도록 하는 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 주행 중인 열차에 설치하여 지하부의 전차선로를 촬영하여 이미지 처리하고, 상기 전차선로의 상태와 변형 여부를 확인하는 검측시스템으로서, 열차의 차탑면에 설치되어 상기 열차의 운행 중에 레이저 마킹을 통해 이미지 촬영이 가능하도록 빛을 조사하는 조명장치(104)와; 상기 열차의 차탑면에 설치되어 상기 조명장치(104)에서 조사된 빛을 반사하는 전차선로를 촬영하여 3D 이미지 데이터를 생성하는 3D 스캐너(108)와; 상기 3D 스캐너(108)가 촬영하여 생성한 3D 이미지 데이터를 저장하는 이미지DB(110);를 포함하며, 제어부(102)는 상기 전차선로에 대한 3D 이미지 데이터를 호출하고, 상기 3D 이미지 데이터에 포함된 데이터 중에서 전차선의 밑면과 지지금구 사이의 높이와, 상기 전차선의 밑면에 형성된 평평한 마모면의 폭을 검출하고, 상기 높이와 상기 폭을 기준값과 비교하여 일정 정도 이상의 차이가 나는 경우에 관제시스템(200)에 알람을 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 지하부에 위치한 전차선로에 대해 2D 및 3D 이미지를 사용하여 마모나 결함 여부 등을 등을 실시간으로 정확하게 파악할 수 있으며, 유지보수가 필요한 상황과 위치 등을 관리자에게 실시간으로 정확하게 전달함으로써 현장 작업자에게 편의를 제공해 줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 검측시스템의 구성을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 검측시스템을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 검측 대상이 되는 전차선로의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 다양한 형상의 전차선의 구조를 나타낸 도면.
도 5는 전차선의 마모 상태를 나타낸 단면도.
도 6은 전차선의 3D 이미지를 나타낸 도면.
도 7은 마모면과 기준면을 데이터로 변환하여 표시한 이미지를 캡쳐한 화면.
도 8은 전차선의 마모면을 촬영한 이미지.
도 9는 다양한 형태의 전차선의 마모면을 촬영한 이미지.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템"(이하, '검측시스템'이라 함)을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 검측시스템의 구성을 나타낸 블럭도이며, 도 2는 본 발명의 검측시스템을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 검측시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(102), 조명장치(104), 2D스캐너(106), 3D스캐너(108), 이미지DB(110), 이력정보DB(112), 통신부(114)로 구성된다. 그리고 검측시스템(100)은 유무선 통신망을 통해 원격지의 관제시스템(200)과 연결되도록 구성된다.

제어부(102)는 검측시스템(100)의 구성요소의 동작을 제어하며, 검측작업의 구동과 종료, 각 구성요소 사이의 신호의 변환과 전달, 통신망을 통한 데이터의 전송 등의 기능을 제어한다.

조명장치(104)는 스캐너가 지하부에 위치한 전차선로의 유무를 확인하고 형상을 촬영할 수 있도록 레이저로 전차선로 상에 마킹하기 위한 장치이다. 조명장치(104)에 의해 마킹이 된 상태에서 2D스캐너(106)와 3D스캐너(108)는 전차선로를 촬영하여 각각 2D와 3D이미지 데이터로 변환한다.

2D스캐너(106)는 열차의 진행방향으로 다수의 라인영상을 촬영하여 파노라마 이미지를 생성한다. 파노라마 이미지를 통해 설비의 파손이나 탈락 여부 등을 시각적으로 확인할 수 있다.

3D스캐너(108)는 전차선로의 프로파일 형태를 3D 이미지로 변환한다. 3D 이미지는 설비의 윤곽의 좌표값을 생성하는데 사용되며, 이를 통해 설비의 형상을 수치화할 수 있다. 3D 스캐너(108)가 생성한 3D 이미지 데이터를 기준 이미지 데이터와 비교함으로써 마모의 정도(넓이, 깊이, 높이 등)를 계산할 수 있다.

2D 스캐너(106)와 3D 스캐너(108)가 생성한 2D 이미지 데이터 및 3D 이미지 데이터는 모두 이미지DB(110)에 저장된다. 또한 제어부(102)에 의해 산출된 마모 및 결함에 대한 정보와 검사 이력 등은 이력정보DB(112)에 저장된다.

3D 스캐너(108)는 열차의 상단에 설치되며, 지하부에 설치된 전차선로를 실시간으로 연속적으로 촬영한다. 촬영을 통해 생성된 3D 이미지 데이터는 이미지DB(110)에 저장되며, 제어부(102)는 전차선로의 구성부품의 마모 정도를 산출한다.

도 3은 검측 대상이 되는 전차선로의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 4는 다양한 형상의 전차선의 구조를 나타낸 도면, 도 5는 전차선의 마모 상태를 나타낸 단면도, 도 6은 전차선의 3D 이미지를 나타낸 도면, 도 7은 마모면과 기준면을 데이터로 변환하여 표시한 이미지를 캡쳐한 화면, 도 8은 전차선의 마모면을 촬영한 이미지, 도 9는 다양한 형태의 전차선의 마모면을 촬영한 이미지이다.

도 4와 5에 도시된 전차선의 경우에는 판토그라프와 접촉하는 밑면이 마모되면서 가장 아래쪽 표면으로부터 지지금구까지의 높이가 변하는데, 일반적으로는 사용상 마모에 의해 높이가 점차 줄어들게 된다.

또한 아래쪽에서 촬영한 전차선의 밑면의 마모면의 폭이 점차 커지는 것으로부터 전차선의 마모의 정도를 확인할 수도 있다.

제어부(102)는 전차선 밑면으로부터 지지금구의 상단까지의 높이와, 전차선 밑면의 평평한 면의 폭을 측정하여 데이터로 변환한다. 그리고 이를 기준이 되는 전차선 구조물의 사양과 비교해서 줄어든 높이와 늘어난 폭의 수치를 검출한다. 그리고 이러한 마모된 양이 한계점을 넘어서는 경우에는 관제시스템(200)에 알람을 보내서 유지 및 보수를 요청하게 된다.

검측시스템(100)이 전차선에 대해 행한 검측의 상세 정보, 즉 검측 일자, 검측 대상 시설물의 위치, 결함 발생 위치, 결함 발생 부품의 명칭 등을 이력정보DB(112)에 저장한다.

이력정보DB(112)는 이밖에도 결함 또는 변형이 발생된 시설물의 정보와 유지보수 내역을 관리하기 위한 정보와 각종 분석결과를 노선별, 기간별로 확인할 수 있도록 저장하며, 전차선로의 유지보수 결과를 재확인(피드백)한다.

도 3에는 T-BAR의 구조가 도시되어 있다.

T-BAR는 터널이나 지하공간의 천장면에 전차선로를 고정시키는 장치에 사용되는 고정수단으로서, 천장면에 매립된 고정부재의 하부에 애자에 의해 절연된 상태로 연결되며, 하부에는 롱이어에 의해 전차선로가 고정되도록 하는 구조를 갖는다.

T-BAR의 하부에는 롱이어를 고정시키기 위한 볼트와 너트가 설치되며, 롱이어에 의해 아래쪽의 전차선로가 견고하게 고정되고, 전차선로에 접촉하는 판토그라프를 통해 열차에 전력을 공급한다.

검측시스템(100)은 T-BAR의 하부 롱이어에 고정된 전차선의 마모와 결함 상태를 이미지 분석을 통해 확인하고, 그 결과를 저장하거나 관리자에게 알람으로 통지한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 검측시스템 102 : 제어부
104 : 조명장치 106 : 2D스캐너
108 : 3D스캐너 110 : 이미지DB
112 : 이력정보DB 114 : 통신부
200 : 관제시스템

Claims (1)

1. 주행 중인 열차에 설치하여 지하부의 전차선로를 촬영하여 이미지 처리하고, 상기 전차선로의 상태와 변형 여부를 확인하는 검측시스템으로서,
   열차의 차탑면에 설치되어 상기 열차의 운행 중에 레이저 마킹을 통해 이미지 촬영이 가능하도록 빛을 조사하는 조명장치(104)와;
   상기 열차의 차탑면에 설치되어 상기 조명장치(104)에서 조사된 빛을 반사하는 전차선로를 촬영하여 3D 이미지 데이터를 생성하는 3D 스캐너(108)와;
   상기 3D 스캐너(108)가 촬영하여 생성한 3D 이미지 데이터를 저장하는 이미지DB(110);를 포함하며,
   제어부(102)는 상기 전차선로에 대한 3D 이미지 데이터를 호출하고, 상기 3D 이미지 데이터에 포함된 데이터 중에서 전차선의 밑면과 지지금구 사이의 높이와, 상기 전차선의 밑면에 형성된 평평한 마모면의 폭을 검출하고,
   상기 높이와 상기 폭을 기준값과 비교하여 일정 정도 이상의 차이가 나는 경우에 관제시스템(200)에 알람을 전송하는 것을 특징으로 하는, 도시철도 전차선로의 마모 및 결함 검측시스템.

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