KR20200070568A - 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기에 관한 것으로서, 특히 철로의 중앙에 설치되어 철도차량의 위치검지 또는 제어 트리거 역할을 수행하기 위한 ID(identification number) 인식 방식의 반사태그(Tag)와, 철도차량에 설치되어 상기 반사태그를 인식하는 리더기를 구비하여 철도차량의 위치 검지 정확도를 높이고 충돌사고를 예방하여 안전도를 향상하는 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기에 관한 것이다. 구성은 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기에 있어서, 철로 바닥에 상호 간격을 두고 설치되며 철도차량의 위치 검지 또는 제어 트리거 역할을 수행하기 위한 ID 인식 방식으로 형성되는 반사태그와; 철도차량에 설치되어 상기 반사태그를 쉽게 인식할 수 있도록 반사태그의 개수에 대응하도록 형성되는 리더기; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기{Parts for position detection device for railway vehicle control}

본 발명은 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기에 관한 것으로서, 특히 철로의 중앙에 설치되어 철도차량의 위치검지 또는 제어 트리거 역할을 수행하기 위한 ID(identification number) 인식 방식의 반사태그(Tag)와, 철도차량에 설치되어 상기 반사태그를 인식하는 리더기를 구비하여 철도차량의 위치 검지 정확도를 높이고 충돌사고를 예방하여 안전도를 향상하는 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량에 다양한 제어 기능을 추가하기 위해서는 다양한 위치 검지장치가 사용된다.

특히, 조향제어와 틸트제어와 같은 철도차량의 주행성능 개선과 관계된 제어의 경우 주행하는 레일(트랙)의 곡선반경과 캔드량, 구배정보와 같은 레일(트랙)의 정보가 필요하다.

또, 자동차와 달리 철도는 정해진 철로 위를 주행하는 1차원적인 운행패턴을 가지고 있기 때문에 차량의 위치정보를 정확히 파악한다면 위치에 따른 곡선정보, 구배정보, 캔트 및 레일(트랙) 불규칙도 등에 대한 대부분의 정보를 파악할 수 있다.

이와 같이 위치 검지장치를 이용하여 철도차량의 위치를 검지하는 것은 작업자에게 정확한 차량정보를 제공하여 수송관리에 있어 도움을 줄 뿐만 아니라, 철도를 이용한 물류수송의 주요 계획들을 설정하고 지원하며 그 운행실적 정보를 점검할 수 있도록 하는데 매우 중요하다.

이러한 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기는 한예로써, 철도차량에 설치되는 위치추적장치와, 철도차량의 이동거리를 산출하고 차륜의 마모나 슬립에 의한 오차를 보상하는 궤도회로장치로 이루어진다.

그리고, 상기 위치추적장치는 철도차량의 이동거리를 산출하기 위해 철도차량에 구비된 속도계로부터 그 속도정보를 얻고, 그 속도정보를 수집하는데 걸리는 시간을 고려하여 속도와 시간의 곱을 통해 철도차량의 이동거리를 산출하게 된다.

또한, 차륜 정보는 위치관제시스템으로 송출되고, 상기 위치추적장치로부터 산출된 이동거리도 위치관제시스템으로 송출되어 철도차량의 위치를 실시간으로 관리하게 된다.

또 다른 형태의 위치 검지장치용 검지기는 철도차량의 하단 또는 측면에 부착되는 무선태그와, 상기 철도차량의 차륜(바퀴)이 굴러가도록 한 선로에 일정 간격으로 복수개 설치되며, 상기 무선태그를 자동으로 인식하는 리더기로 이루어진다.

그리고 상기 위치 검지장치는, 상기 리더기와 통신하며 리더기로부터 인식정보를 수집하는 중계기와, 상기 중계기와 통신하며 리더기로부터 수집된 차량정보를 수집하여 단위 차량에 대한 여객수송, 화물수송, 검수관리와 같은 철도종합운영관리를 수행하는 철도종합운영관리부를 포함하는 것이 알려져 있다.

또, GPS 기술이 발달된 최근에는 전구간에 대해 GPS 정보를 기반으로 철도차량의 위치 정보를 추정토록 하고 있으나, 터널과 산악지형 주행이 많은 철도에는 GPS 정보 수신이 되지 않는 구간이 많이 존재하므로 이에 대한 보완이 필요하다.

그러나 종래와 같은 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기는, 차륜(휠셋)의 회전수를 적산하여 자체적으로 철도차량의 위치를 추정하기 때문에 일정구간 마다 설치된 지상 안테나와의 교신을 통해 벗어난 위치를 보정해야 하는 문제점이 있었다.

또, 속도계와 분기기 그리고 위치추적장치와 궤도회로장치와 같은 복잡한 기술적 구성에 의해서만 이루어지므로, 상기 구성들을 상호 설치하여 연결하는 기술적 구성이 매우 복잡하기 때문에 설치비용 및 유지비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또, 상기 무선통신기반 열차제어시스템에서 널리 이용되고 있는 열차 위치검지 방식은 트랜스폰더 태그와 타코메터, 또는 RFID 등을 사용한 방식으로 차량이 노선에 일정 간격마다 설치되어 있는 트랜스폰더 태그 등을 읽으면 해당 지점의 절대위치를 알 수 있고 그 지점으로부터 다음 태그 전까지 움직인 거리를 타코메타를 이용한 차륜 회전수로 계산할 수 있도록 하기 때문에 가감속시 또는 날씨 및 기후 등의 영향으로 인한 차량의 슬립/슬라이드로 인한 위치검지의 부정확성이 발생되며, 읽어야 할 태그 또는 RFID를 놓치는 등의 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 전체 철도차량에 설치되어야 하는 태그 리더 또는 RFID와, 전체 노선에 일정 간격으로 설치되는 트랜스 폰더태그 또는 RFID 리더기의 설치 비용과 유지 보수 비용이 고가라는 단점이 있다.

또한, 트랜스 폰더 태그와 타코메타를 이용한 방식의 경우, 차량 하부에 태그 리더를 설치하고 차륜에 타코메타센서를 설치해야 하므로 취부하는 방식에 있어서도 용이하지가 않은 문제점이 있었다.

또, 무선통신 기술의 발달과 함께 3G∼5G, LTE-R 기술을 적용한 위치검지 기술도 개발되었으나 철도차량의 주행 속도가 빠를 경우 오차가 커지는 문제점이 있었다.

또한, 종래에 사용되는 궤도 회로는 철도차량의 점유여부를 감지하여 특정 궤도 내 철도차량의 위치를 확인하는 절대위치로 구분되며, 오도메타 (odometer), 타코메타(tachometer) 등의 차륜센서는 철도차량 속도 및 이동거리를 확인하는 상대기술 위치로 구분할 수 있다. 하지만 궤도회로의 경우 철도차량이 점유한 특정 궤도회로만을 파악할 수 있기 때문에 수 미터(meter) 이내의 정확한 철도차량 위치 파악이 불가능하며, 차륜센서를 통한 상대위치 또한 차륜의 마모 및 활주, 공전 현상에 기인하여 이동거리가 증대됨에 따라 위치 오차가 증가하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0083160호

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 2진수에 기반하는 반사태그를 철로의 바닥 중앙에 설치하고 철도차량에 리더기를 설치함으로써 철도차량의 위치 검지 오차를 방지하거나 최소화하여 안전도를 높이는 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기에 있어서, 철로 바닥에 상호 간격을 두고 설치되며 철도차량의 위치 검지 또는 제어 트리거 역할을 수행하기 위한 ID 인식 방식으로 형성되는 반사태그와; 철도차량에 설치되어 상기 반사태그를 쉽게 인식할 수 있도록 반사태그의 개수에 대응하도록 형성되는 리더기; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 반사태그는 최대한 철로의 중앙(중심) 바닥에 레일과 수직으로 배치하고 곡선구간의 경우 철도차량의 편기(偏倚)를 고려하여 중심에서 바깥쪽으로 약간 오프셋(offset)을 주어 배치하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사태그는 빛이 매질 간의 경계에서 본래의 매질로 되돌아오는 반사패널을 이용하여 ID 인식방식으로 2진수(2진법)에 기반하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 반사태그는 첫번째 반사태그에 반사태그인지 아닌지를 확인시키는 용도의 정보가 저장되거나 식별할 수 있는 인식 ID를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사태그는 패널을 통해 형성되는데 하나의 패널에 1개 ∼ 20개가 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 리더기는 포토센서(photo sensor)로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 반사태그는 복수 개로 형성시 사용되는 갯수에 따라 2의 제곱승 개수 만큼 ID를 확장하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상기 검지기를 구비하는 철도차량 제어를 위한 검지장치를 더 제공한다.

이상에서와 같은 본 발명은 2진수에 기반하는 반사태그를 철로에 설치하여 철도차량의 위치 검지 정확도를 높이는 효과가 있다.

또, 본 발명은 반사태그와 반사태그 사이의 구간을 고유 영역으로 지정하여 영역별 구간 제어를 수행함으로써 추가적인 안전 보완대책 강구가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 반사태그의 다음 ID(아이디) 인식 전까지 현재 구간에 대한 제약을 적용 받아 최대 속도 제한이나 도어 오픈 및 기타 여러가지 차량내 장치에 추가 안전장치 부여가 가능한 효과가 있다.

특히 본 발명은 구간별 최대 속도 제어를 통해 곡선부에서 탈선을 예방하고 검수고지역 진입시 충돌사고를 예방하여 안전도를 향상하는 효과가 있다.

또, 본 발명은 곡선구간진입을 차량이 인식하여 제어 시작 시점으로 활용할 수 있어 제어 신호 역할 수행이 가능한 효과를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치 검지장치용 검지기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 리더기를 철도차량에 설치한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치 검지장치용 검지기인 반사태그를 간이시험구간의 철로 바닥에 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 반사태그를 철도차량에 설치된 리더기가 검지하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 위치 검지장치용 검지기의 사용 상태로서 반사태그를 시험동에 설치하고 리더기가 설치된 철도차량을 운행하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기(100)는 반사태그(110)와 리더기(120)로 이루어진다.

상기 반사태그(110)는 철로(210) 바닥에 상호 간격을 두고 설치되며 철도차량(200)의 위치 검지 또는 제어 트리거 역할을 수행하기 위한 ID(identification number) 인식 방식으로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 상기 반사태그(110)는 간이시험구간에 대한 절대 위치 정보가 저장된 ID를 형성하여 빛을 반사하도록 철로(210) 바닥에 복수 개 설치함으로써 철도차량(200)이 운행(주행)시 철도차량(200)에 설치된 상기 리더기(120)가 반사태그(110)를 감지시 해당 위치정보를 정확하게 검지할 수 있는 것이다.

또, 본 발명에 따른 상기 반사태그(110)는 최대한 철로(210)의 중앙(중심) 바닥에 레일(211)과 수직으로 배치하고 곡선구간(R)의 경우 철도차량(200)의 편기(偏倚 : 길이가 긴 차량이 반경이 적은 곡선을 통과할 때 궤도 중심선과 차량의 중심선이 일치되지 않고 차체의 중앙부가 곡선 안쪽으로, 차량의 양쪽 끝은 곡선 바깥쪽으로 벗어나는 현상을 말한다. 즉, 차체가 곡선 내측에 빠져 있는 형태를 말한다.)를 고려하여 중심에서 바깥쪽으로 약간 오프셋(offset)을 주어 배치함으로써 철도차량(200)의 횡변위 한계에 따른 리더기(120)가 반사태그(110)의 감지시 오인식을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 반사태그(110)는 빛이 매질 간의 경계에서 본래의 매질로 되돌아오는 반사패널을 이용하여 ID(identification number) 인식방식으로 2진수(2진법)에 기반하여 형성된다.

즉, 상기 반사태그(110)에 이진법을 적용하는 이유는, 논리의 조립이 간단하고, 상기 리더기(120)로 반사태그(110)의 검지와 불검지를 신속하고 확실하게 나타낼 수 있기 때문이다.

또, 상기 반사태그(110)에는 철로(210)의 정보, 예컨대 위치에 따른 곡선구간정보, 구배구간정보, 캔트구간정보 및 불규칙도 등과 같은 정보가 미리 입력되거나 식별할 수 있는 식별 부호인 ID(identification)가 형성된다.

여기서, 상기 곡선구간정보는 회전반경을 형성하는 구간의 정보이고, 구배구간정보는 오르막과 내리막을 형성하는 구간의 정보이며, 캔트구간정보는 내궤측 레일과 외궤측 레일의 고저차를 형성하는 구간의 정보이다.

또한, 상기 반사태그(110)는 패널(P)을 통해 형성되는데 하나의 패널(P)에 1개 ∼ 20개가 형성될 수 있다.

예컨대, 하나의 패널(P)에 상기 반사태그(110)를 6개 형성할 경우 첫번째 반사태그(110)는 반사태그 인식용이며 나머지 5개의 반사태그(110)를 패널(P)에 설치하였는지 비워두었는지로 0과 1을 인식하도록 하면 2진수에 기반하여 0부터 2의 4승(16)까지 조합으로 0부터 31까지 32가지 ID를 인식시킬 수 있다.

상기 반사태그(110)가 형성된 패널(P)은 설치된 위치를 기준으로 다음 패널(P)에 형성된 반사태그(110) 위치 까지의 구간을 분리하여 주행 및 안전운행을 위한 추가 보완수단으로 사용이 가능하다.

즉, 구간별로 운전가능지역, 주행금지지역, 검수고지역 등으로 구분할 수 있다.

이에 따라, 상기 리더기(120)가 반사태그(110)를 감지시 각 반사태그(110)의 ID에 형성된 운전가능지역, 주행금지지역, 검수고지역 등과 같은 정보를 별도의 제어부(미도시)에 전송하여 철도차량(200)을 제어할 수 있게 된다.

또, 본 발명에 따른 상기 반사태그(110)는 철도차량(200)의 횡변위 한계에 따라 반사태그(110)가 형성되는 패널(P) 사이 간격 조정이 주요한 인자이므로 반사태그(110)의 개수와 철도차량(200)의 횡변위 제한 값을 기준으로 반사태그(110)의 폭과 길이를 결정한 후 철로(210)에 설치한다.

즉, 철도차량(200)의 횡방향 변위 한계 내에 반사태그(110)가 형성된 패널(P) 간격을 유지하도록 반사태그(110)의 폭과 개수를 결정할 수 있으며, 필요시 상기 리더기(120)의 타입을 수정하여 인식 영역을 좁게 하면 더 많은 반사태그(110)를 이용한 위치검지가 가능하다.

또, 상기 반사태그(110)는 반사태그(110) 사이의 구간을 고유 영역으로 지정하여 영역별 구간 제어를 수행함으로써 추가적인 안전 보완대책 강구가 가능하다.

상기 반사태그(110)의 다음 ID 인식 전까지 현재 구간에 대한 제약을 적용 받아 최대 속도제한이나 도어 오픈 및 기타 여러가지 철도차량(200) 내 장치에 추가 안전장치 부여가 가능하다.

즉, 구간별 최대 속도 제어를 통해 철로(210)의 곡선구간에서 탈선 안전도를 낮추고 검수고지역 진입시 검수고 구간을 인식토록 함으로써 충돌사고를 예방하여 안전도를 높일 수 있다.

그리고 상기 반사태그(110)는 복수 개로 형성시 사용되는 갯수에 따라 2의 제곱승 갯수 만큼 ID(identification)를 확장할 수 있다.

또, 상기 반사태그(110)의 오인식률을 낮추기 위해 첫번째 반사태그에는 반사태그인지 아닌지를 확인시키는 용도의 정보가 저장되거나 식별할 수 있는 인식 ID를 형성하여 검지 오차를 줄이도록 하였다.

상기 리더기(120)는 철도차량(200)에 설치되어 상기 반사태그(110)를 쉽게 인식할 수 있도록 패널(P)에 형성되는 반사태그(110)의 개수에 대응하도록 형성된다.

또, 본 발명에 따른 상기 리더기(120)는 카메라나 레이저센서와 달리 포토센서(photo sensor)로 형성된다.

그리고, 상기 리더기(120)는 포토센서로 형성됨에 따라 카메라나 레이저센서와 달리 반사태그(110)의 사이 간격에 대하여 민감하지 않다.

즉, 상기 포토센서로 형성되는 상기 리더기(120)는 철도차량(200)의 운행시 철로(210)의 바닥에 형성된 반사태그(110)로부터 반사되는 빛을 감지하면 이진법의 0으로 인식하고, 반사태그(110)가 없는 구간에서는 빛을 감지하지 못하기 때문에 1로 인식하게 되는 간단하고 확실한 검지구성으로 제어된다.

이에 따라, 포토센서로 형성되는 상기 리더기(120)는 반사태그(110)로부터 반사되는 빛 자체 또는 빛에 포함되는 정보를 전기신호로 변환하여 검지함으로써, 비접촉, 비파괴, 고속도, 게다가 주변에 잡음의 영향을 주지 않고 신속하고 정확한 검지를 할 수 있다.

또한, 상기 리더기(120)는 철도차량(200)의 선두 차량 대차 전방에 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 리더기가 설치된 철도차량(200)의 운행시 리더기가 태그를 인식하여 철도차량(200)의 위치를 인식토록 하는 기준은 차종에 따라 조금씩 차이가 있으나 대부분 운전석이 있는 선두 차량의 대차 선두로 하고 있는데 이는 해당 위치에 지상 안테나 수신기 설치가 용이하기 때문이기도 하다.

그리고 단순한 철도차량(200)의 위치 인식을 통한 폐색구간 제어 용도 또는 차량 주행 구간 제어를 위한 경우에는 지상 안테나 위치가 중요하지 않다.

그러나, 조향 제어나 틸팅제어 또는 급곡선 주행성능 개선 제어 등을 위해서는 차륜의 위치와 대차 위치 까지 정확히 인식시킬 수 있도록 차체 선두부에 설치하거나 선두 윤축 앞단에 설치하는 것이 효율적이며, 제어기(미도시)의 제어지연 시간을 고려하여 휠셋 또는 대차 위치 대비 차량 속도를 감안하여 거리를 유지하도록 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 따른 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기(100)는 철로(210) 바닥에 설치된 반사태그(110)와 반사태그(110)를 인식하는 리더기(120)의 조합으로 구성된다.

또, 본 발명은 상기 반사태그(110)를 철로(210)의 특정 이벤트 구간에 설치하여 제어 트리거 역할을 수행토록 할 수 있다.

즉, 곡선반경에 다른 제어를 수행하는 조향제어나 틸팅제어의 경우 직선구간, 곡선구간을 구분하기 위해 곡선부 도입시 반사태그(110)를 설치하면 곡선 진입을 철도차량(200)에 설치된 리더기(120)가 인식하여 제어 시작시점으로 활용할 수 있어 제어 트리거(trigger) 역할 수행이 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 검지기(100)를 구비하는 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치(미도시)를 더 제공한다.

따라서 본 발명은 이와 같은 작용을 통해 철도차량의 위치 검지 정확도를 높일 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 위치 검지장치용 검지기 110 : 반사태그
120 : 리더기 P : 패널
200 : 철도차량 210 : 철로
211 : 레일

Claims (8)

1. 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기에 있어서,
   철로 바닥에 상호 간격을 두고 설치되며 철도차량의 위치 검지 또는 제어 트리거 역할을 수행하기 위한 ID 인식 방식으로 형성되는 반사태그와;
   철도차량에 설치되어 상기 반사태그를 쉽게 인식할 수 있도록 반사태그의 개수에 대응하도록 형성되는 리더기; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량 제어를 위한 위치 검지장치용 검지기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 반사태그는 최대한 철로의 중앙(중심) 바닥에 레일과 수직으로 배치하고 곡선구간의 경우 철도차량의 편기(偏倚)를 고려하여 중심에서 바깥쪽으로 약간 오프셋(offset)을 주어 배치하는 것을 특징으로 하는 철도차량 제어를 위한 검지장치용 검지기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 반사태그는 빛이 매질 간의 경계에서 본래의 매질로 되돌아오는 반사패널을 이용하여 ID 인식방식으로 2진수(2진법)에 기반하여 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 제어를 위한 검지장치용 검지기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 반사태그는 첫번째 반사태그에 반사태그인지 아닌지를 확인시키는 용도의 정보가 저장되거나 식별할 수 있는 인식 ID를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도차량 제어를 위한 검지장치용 검지기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 반사태그는 패널을 통해 형성되는데 하나의 패널에 1개 ∼ 20개가 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 철도차량 제어를 위한 검지장치용 검지기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 리더기는 포토센서(photo sensor)로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 제어를 위한 검지장치용 검지기.
7. 제3항에 있어서,
   상기 반사태그는 복수 개로 형성시 사용되는 갯수에 따라 2의 제곱승 개수 만큼 ID를 확장하는 것을 특징으로 하는 철도차량 제어를 위한 검지장치용 검지기.
8. 제1항 또는 제7항 중 어느 한 항에 기재된 검지기를 구비하는 철도차량 제어를 위한 검지장치.

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