KR20210031644A - 선로를 모니터링하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선로를 모니터링하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 방법은 선로(1)를 따라 연장 배치된 센서(8)와 연결된 모니터링 장치(21)의 제공에 의해 선로(1)를 모니터링하도록 구성되며, 이때 진동을 감지하도록 구성된 센서(8)는 모니터링 장치(21)에 대한 측정 데이터를 전달한다. 철도 차량(2)이 선로(1)를 따라 주행하는 동안 공지된 진동 값(a, Q_A, Q_S)을 갖는 진동(12)이 선로(1)로 유입되어 센서(8)로 전달되며, 이때 철도 차량(2)의 위치 데이터(x)가 기록되고, 평가 장치(27)를 통해 진동 전달(13)의 특성이 진동 값(a, Q_A, Q_S), 위치 데이터(x) 및 선로(1)에 대한 측정 데이터로부터 유도되는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로 시스템의 교정이 선로(1)에서 한 번만 실행되도록 구성된다.

Description

선로를 모니터링하기 위한 방법 및 시스템

본 발명은 선로를 따라 연장 배치된 센서와 연결되는 모니터링 장치에 의해 선로를 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 진동을 감지하도록 설정된 센서에 의해 측정 데이터를 모니터링 장치로 전달하도록 구성된다. 본 발명은 또한, 이러한 방법을 구현하기 위한 시스템에 관한 것이다.

철도 교통, 철도 인프라와 더불어 철도에서 발생하는 여러 활동들을 모니터링하기 위해 철도의 선로를 따라 다양한 모니터링 장치들이 설치되는데, 여기에는 예컨대, 열차 감지 시스템으로 사용되는 차축 카운팅 시스템(axle counting system)이 포함된다. 추가로 알려진 모니터링 장치로는 비디오 시스템, 온도 센서 등을 들 수 있다. 또한, 트랙과 함께 설치된 케이블이나 라인들도 모니터링 시스템의 구성 요소들 중 하나로 사용될 수 있다.

예컨대, 유럽 특허공개번호 EP 3 275 763 A1에 따르면, 트랙의 측면에 설치된 광섬유 케이블과 연결된 모니터링 장치가 공지되어 있다. 이러한 모니터링 장치는 선로를 따라 발생하는 진동이나 또는 구조물 소음을 기록하는데, 특히 광섬유 케이블의 유리 섬유에서 레이저 임펄스의 반사를 감지하도록 구성되며, 이러한 반사는 음파가 광섬유 케이블에 도달하면 변경된다. 예컨대, 소정의 주파수에서 일관된 레이저 임펄스가 단독 모드 섬유(monomode fibre)로 전송되는데, 이때 섬유 내의 자연 내포물은 이러한 레이저 임펄스의 일부를 소스로 재반사하도록 구성된다(후방 산란). 후방 산란 부재를 기반으로 특별히 개발된 알고리즘을 통해, 선로를 따라 진동원(vibration source)의 위치와 특성에 대한 결론을 내릴 수 있도록 구성된다.

이때, 진동원으로부터 광섬유 케이블로 전달된 진동은 그 원인을 정확히 파악하기 어려운데, 공지되지 않은 미지의 영향 인자들이 많기 때문이다. 일반적으로 광섬유 케이블은 케이블 덕트에 설치되는데, 이러한 덕트는 트랙에 대해 항상 평행하게 연장되어 있지는 않다. 또한, 케이블 루프(cable loop)가 제공됨으로써 필요시, 길이 보정을 수행할 수 있도록 구성된다. 따라서 모니터링되는 선로 부위의 광섬유 케이블에 대한 길이는 일반적으로 선로의 길이와는 상이하다. 또한, 지면과 트랙 베드(track bed)의 위치에 따른 구성도 진동 전달에 큰 영향을 미치는 요인이 된다.

이러한 어려움을 극복하기 위해, 예컨대 트랙에 배치된 위치 센서(예컨대, 차축 카운터[axle counter])의 출력 신호와 더불어 유리 섬유에서 검출된 광 반사 값을 함께 평가하도록 구성된다. 이러한 두개의 측정 결과를 결합하여 트랙 차량의 위치를 전체 선로에서 충분한 정밀도로 결정할 수 있도록 구성되며, 이때 위치 센서들 사이의 대략적인 위치는 유리 섬유에서 검출된 광 반사 값으로부터 유도된다. 위치 센서들에 의해 현재 주행하는 트랙의 경우에도 병렬로 연장되는 트랙과 마찬가지로 안정적인 할당이 가능하도록 구성된다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 종래 기술에 따른 유형의 방법 및 시스템에 대한 개선 방안을 제시하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 본원의 청구항 제1항 및 제8항의 특징에 의해 달성되며, 종속 청구항들의 경우에는 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타낸다.

본 발명에 따르면, 철도 차량이 선로를 주행시, 공지된 진동 값을 갖는 진동이 선로로 유입된 다음 센서로 전달됨으로써 철도 차량의 위치 데이터가 기록되는데, 이때 평가 장치(evaluation device)의 제공에 의해 선로에 대한 진동 값, 위치 데이터 및 및 측정 데이터로부터 진동 전달과 관련된 특성이 유도되도록 구성된다. 이때 공지된 진동 값은 일반적으로, 유입된 진동을 특성화하는 설정 매개 변수들이거나 또는 기록된 측정 값이다. 이러한 방식으로 선로에서 단 한 번의 실행으로 시스템 교정이 이루어지며, 특히 공지된 진동 값의 유출 및 위치 데이터를 통해 선로의 각 위치에 대해, 국지적인 현재 상태가 센서 측정 데이터에 어떻게 영향을 미치는지가 결정된다. 이때 진동원과 센서 사이의 감쇠 부재 또는 소음 반사 부재가 특히 연관된다. 후속 측정의 경우, 이러한 결과가 센서 측정 데이터 평가에 포함된다. 이에 따라 트랙을 따라 센서들을 추가적으로 설치하지 않더라도, 모니터링된 선로 부위에서 소음원 또는 진동원의 정확한 위치 파악이 가능하도록 구성된다.

본 발명의 추가 실시예에서, 진동 전달과 관련된 특성이 모니터링 장치 내에 소정의 전달 함수(transmission function)로서 저장되도록 구성된다. 이를 통해 센서의 측정 데이터를 신속하고 정확하게 평가할 수 있으며, 이때 전달 함수는 다양한 적용 사례에 대해 최적화될 수 있다. 예컨대, 특정 평가와 관련이 없는 경우에는 몇몇 진동 주파수를 필터링할 수도 있다.

바람직하게는, 측정 데이터는 특히 적어도 하나의 광섬유를 통한 이른바, 분산 음향 감지(Distributed Acoustic Sensing, DAS)에 의해 광섬유 케이블의 신호 데이터로부터 유도된다. 이러한 분산 음향 감지에 의해 광섬유 케이블을 가상 마이크(virtual microphone)로도 사용할 수 있도록 구성된다. 이에 대해서는 광섬유 단부에서 최소한의 작업만으로도 가능하며, 트랙 설치시에 이미 배치된 광섬유 케이블의 사용도 가능하다. 이러한 광섬유 케이블에 대해, 일반적으로 본 발명에 자유롭게 사용할 수 있는 개별적인 광섬유가 항상 존재한다는 점이 인식되어야 한다.

데이터의 오프라인 처리(off-line processing)를 위해서는, 철도 차량의 타이머(timer)와 모니터링 장치의 타이머가 동기화되는 한편, 기록된 데이터가 시계열 방식(time-related manner)으로 저장되는 것이 바람직하다. 이에 따라 철도 차량의 데이터와 모니터링 장치의 데이터가 시간을 통해 서로 연결(link)됨으로써, 트랙상에서 차량의 주행후 평가 장치에 의해 평가가 수행하도록 구성된다.

바람직하게는, 철도 차량의 위치는 GNSS 수신기를 통해 기록된다. 이와 같은 위성 지원식 위치 결정 장치는 시중에 이미 존재하며 본 방법에 사용될 수 있다.

또한, 바람직하게는 트랙 유지 보수 기계의 작업 유닛에 의해 진동이 유입되도록 구성된다. 이에 의해 소정의 진동 값이 유출되며, 이때 유입 위치와 더불어 대응되는 진동 매개 변수들이 정확하게 공지된다. 여기서, 모니터링 장치의 교정은 트랙 유지 보수 기계에 의한 트랙 보수 과정에서 발생한다.

이때, 트랙 유지 보수 기계의 제어 데이터 및/또는 작업 매개 변수들이 평가 장치로 전달됨과 함께, 이들이 측정 데이터와 조율되는 개선 작업(improvement)이 제공된다. 예컨대 선로를 따른 트랙 베드 상태의 경우, 측정 데이터를 제어 데이터 또는 작업 매개 변수들과 반복적으로 비교함으로써 평가할 수 있도록 구성된다. 또한, 이를 통해 트랙 유지 보수 기계의 작업 실행을 모니터링할 수도 있도록 구성된다.

전술한 방법 중 하나를 구현하기 위한 본 발명의 시스템은 모니터링 장치를 포함하며, 이때 선로를 따라 연장된 센서에 의해 측정 데이터가 모니터링 장치로 공급되도록 구성된다. 상기 시스템은 위치 데이터뿐만 아니라 철도 차량에 의해 생성된 진동을 기록하도록 구성된 철도 차량; 및 철도 차량의 기록 데이터와 측정 데이터를 조율하도록 구성된 평가 장치;를 더 포함함으로써, 선로의 진동 전달과 관련된 특성을 도출하도록 구성된다. 이러한 시스템에 의해, 모니터링 장치의 측정값이 선로 주행시 유입된 진동 및 철도 차량의 위치와 비교되도록 구성된다.

시스템의 간단한 실시예에서, 철도 차량은 생성된 진동을 기록하기 위한 가속도 센서를 포함한다. 예컨대, 휠 차축(wheel axle)에 부착된 가속도 센서는 휠을 통해 트랙에 유입된 진동 관련 데이터(가속도, 주파수, 진폭 등)를 전달한다.

바람직하게는 위치 결정을 위해, 철도 차량은 철도 차량의 위치를 기록하기위한 GNSS 수신기를 포함한다.

바람직하게는 기록된 오프라인 데이터와 비교하기 위해, 철도 차량이 타이머를 포함하는 한편 모니터링 장치도 타이머를 포함하며, 이때 두개의 타이머는 모두 동기식으로 작동되도록 구성된다.

바람직하게는 철도 차량은 특정 진동의 방출을 생성하도록 구성된 트랙 유지 보수 기계이다. 그런 다음, 트랙 유지 보수 기계에 의해 선로 보수가 수행됨으로써 센서에 대한 진동 전달과 관련된 특성을 결정하도록 구성된다.

바람직하게는 특정 진동의 방출을 위해, 트랙 유지 보수 기계는 작업 유닛을 포함하며, 이러한 작업 유닛은 진동 발생기를 구비하는 한편, 특히 탬핑 유닛(tamping unit) 또는 안정 유닛(stabilizing unit)으로서 설계된다.

종종, 데이터 전달을 위한 광섬유 케이블이 선로를 따라 설치된다. 또한, 시스템의 바람직한 실시예에서, 센서는 광섬유 케이블을 포함한다. 따라서, 기존의 인프라를 사용할 수 있다.

추가의 실시예에 따르면, 철도 차량은 트랙 부속물을 검출하기 위한 측정 장치를 포함한다. 이러한 측정 장치는 트랙 부속물의 위치나 상태가 진동원으로부터 센서로의 진동 전달에 영향을 미칠 경우 특히 중요하다. 선택적으로, 기록된 부속물 데이터는 전달 특성의 결정에 포함된다.

본 발명에 따라, 상기 언급된 종래 기술에 대한 문제점들의 해소가 가능한 선로의 모니터링 방법 및 시스템이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 예시적으로 설명한다.
도 1은 선로 및 철도 차량의 단면도이다.
도 2는 선로 및 트랙 유지 보수 기계의 단면도이다.
도 3은 트랙 유지 보수 기계의 진동 방출에 대한 모식도이다.
도 4는 철도 차량의 진동 방출에 대한 모식도이다.
도 5는 전달 함수의 결정에 대한 모식도이다.
도 6은 경로-시간 다이어그램 및 전달 함수에 대한 모식도이다.

도 1은 철도 차량(2)이 주행하는 선로(1)의 단면을 도시한다. 선로(1)는 트랙 밸러스트 베드(3)를 구비한 전형적인 형태의 철도 제방을 갖는다. 트랙 밸러스트 베드(3)에는 침목(4), 및 침목에 고정된 레일(5)로 구성된 트랙 그리드(track grid)가 제공된다. 이러한 배치에 의해 선로(1)의 상부 구조를 형성한다. 종종, 트랙 베드(3) 아래의 하부 구조로서 중간층(6)과 배수층(7)이 제공된다. 센서(8)는 선로(1)를 따라 연장되는 한편 베드의 옆쪽에 배치된다. 이러한 센서는 예컨대, 케이블 덕트(9) 내에 내장된 광섬유 케이블이며, 본 발명의 맥락에서 음향 센서(acoustical sensor)로서 사용된다. 일반적으로, 표식이나 신호 장치 등과 같은 추가의 트랙 부속물(10)이 선로(1)를 따라 배치된다.

선로(1)를 따라 주행하는 동안, 철도 차량(2)은 휠(11)을 거쳐 불균등한 힘(Q)을 레일(5)로 전달하며, 이때 이들 힘(Q)은 상부 구조를 거쳐 하부 구조를 지나 최종으로는 지면 아래쪽으로 소멸된다. 이러한 방식으로, 철도 차량(2)은 파도의 형태로 동적으로 확산되는 진동(12)을 방출하며, 이로 인해 전달 부재들(3 내지 7)은 변형될 수 있다. 이러한 진동 전달(13)에 의해, 케이블 덕트(9)에 배치된 센서(8)도 진동을 감지하도록 구성된다.

유입된 진동(12)은, 예컨대 차축에 배치된 가속도 센서(14)에 의해 철도 차량(2)의 평가 장치(15)에 기록된다. 평가 장치(15)에서, 진동 값(a, Q)은 예컨대 GNSS 수신기(16)에 의해 결정되는 위치 데이터(x)와 연결된다. 바람직하게는, 평가 장치(15)는 타이머(17)를 포함하며, 이에 의해 기록된 데이터에 대해 타임 스탬프(time stamp)를 제공하도록 구성된다.

도 2는 선로 유지 보수 기계로 구성된 철도 차량(2)의 비교 동작을 도시한다. 구체적으로, 이러한 기계는 트랙 탬핑 머신(track tamping machine)이며, 트랙 밸러스트 베드(3)로 하강 가능한 탬핑 유닛(tamping unit)을 작업 유닛(18)으로 구비한다. 이러한 작업 유닛(18)에 의해 소정의 진동(12)이 방출된다. 여기서, 트랙 그리드를 통한 진동 전달(13)은 생략된다. 진동 값은 트랙 유지 보수 기계의 제어 데이터 및 작업 매개 변수들로부터 유도되거나, 또는 가속도 센서(14)를 통해 감지된다. 특히, 작업 유닛(18)에서 작용하는 진동 발생기(19)의 작업 매개 변수들에 의해 사용 가능한 진동 값을 전달한다. 예컨대, 진동 발생에 사용되는 편심 드라이브의 회전 속도는 트랙에 유입된 진동(12)의 주파수를 나타낸다.

도 3은 트랙 유지 보수 기계의 측면도를 도시한다. 여기서는 추가의 작업 유닛(18)으로서, 안정 유닛(stabilizing unit)이 작업 방향(20)에 대해 탬핑 유닛의 뒤쪽에 배치된다. 이러한 안정 유닛에 의해 소정의 수평 진동(12)이 레일(5) 및 침목(4)을 거쳐 베드로 유입된다. 센서(8)는 용이하게 접근 가능한 선로(1)의 위치에서 모니터링 장치(21)에 연결된다. 센서(8)가 데이터 전송용 광섬유 케이블이고, 이들이 사용되지 않은 상태일 경우 모니터링 장치(21)에 대한 연결이 가능하다.

트랙 유지 보수 기계에 의해 센서(8)로 전달된 진동(12)은 모니터링 장치(21)에 의해 등록된다. 이때, 광섬유 케이블은 일반적으로 케이블 덕트(9)의 다른 도체들 옆쪽에 느슨하게 놓인다. 따라서, 베드로 유입된 진동(12)은 광섬유 케이블에 불균일하게 전달된다. 특히, 전달 부재들(3 내지 7) 및 케이블 덕트(9)의 동적 특성에 의해 유입 진동(12)과 광섬유 케이블에 등록된 진동 사이의 전달 함수(T)를 결정한다.

트랙 보수 작업은 위치에 따라 발생하기 때문에, 트랙 유지 보수 기계의 위치는 공지되어 있다. 예컨대, 트랙의 킬로미터 마일리지(kilometre mileage)가 작업 위치를 정의하는 데 사용된다. 현재의 위치를 기록하기 위해서는 예컨대, 주행 거리계(odometer) 또는 GNSS 수신기(16)가 사용된다. 또한, 기록된 트랙 부속물(10)에 의한 위치 결정 방법도 유용하다. 이를 위해, 예컨대 트랙 유지 보수 기계에 레이저 스캐너가 배치됨으로써 트랙과 그 주변을 비접촉 방식으로 스캔하도록 구성된다.

도 4는 화물 열차로 구성된 철도 차량(2)이 선로(1)를 주행하는 모습의 측면도이다. 예컨대, 기관차는 짐이 실린 화차와 짐이 실리지 않은 화차를 당기고 있다. 기관차의 적어도 하나의 차축은 트랙으로 방출되는 진동(12)을 기록하기 위한 가속도 센서(14)를 갖는다. 추가의 국소 설비(22)에 의해 유입 진동(12)의 차폐 또는 반사를 유도할 수 있다. 이때, 전체 전달 함수(T)는 여러 지점(휠 접촉 지점)에서의 레일 자극에 대한 복잡한 3차원 중첩 형상, 및 진동 측정 위치(광섬유 케이블)까지의 관련된 개별 전달 특성들에 의해 결정된다.

여기서, 각 열차는 주행 속도와 열차의 구성에 기인하는 진동과 관련된 특정 방출 패턴을 갖는다. 도 4에 따른 예에서, 이러한 방출 패턴은 단단한 스프링 지지식 기관차, 짐이 실리지 않은 화차에 의한 경미한 하중, 심이 실린 화차에 의한 증가된 하중과 더불어, 선택적으로 휠 림(wheel rim)의 평평한 지점 등에 의한 영향을 받는다. 휠 접촉 지점에서 레일(5)에 방출 패턴이 로딩되며, 레일은 열차와 함께 선로(1)를 따라 이동한다.

예컨대, 레일 헤드의 주름 형성, 레일 파손(23), 트랙의 굴곡(24), 캐비티, 파손된 침목(4)과 같은 트랙의 결함이나, 또는 레일 고정 장치 등이 고정 진동원으로 작용한다. 따라서, 열차가 이러한 선로 위를 주행할 경우 진동이 유발된다. 또한, 선로(1)를 따라 배치된 부가 구조물(밸러스트 있는 트랙, 밸러스트 없는 트랙[25]) 및 추가 구조물(교량, 터널 등[26])의 변화(변동)도 여기에서 중요한 역할을 한다.

휠 접촉 지점의 각 개별 진동은 광섬유 케이블에서 관찰된 측정 지점으로 전달된다. 최종 전달 함수(T)는 진동 전달(13)을 결정하는 모든 부재들(3 내지 7, 9, 22 내지 26)에 따라 달라진다. 이러한 이유로 광섬유 케이블은 특정 진동을 나타내는 물리적 단위를 측정 지점에서 측정하지 않는다. 대신, 광섬유 케이블은 관찰된 측정 지점에서 광섬유 케이블에 작용하는 모든 중첩 진동(12)을 기술하는 신호를 모니터링 장치(21)로 방출한다. 전달 함수(T)는 이러한 복잡한 관계를 나타내는 한편 시스템을 교정하는 역할을 한다.

도 5는 트랙 유지 보수 기계에 의한 전달 함수의 결정에 대해 모식적으로 설명한다. 레일(5)을 따라 측정된 경로 x는 트랙 상의 트랙 유지 보수 기계에 대한 위치를 정의한다. 예컨대, 모니터링 장치(21)가 센서(8)에 연결되는 지점이 출발 지점으로 정의된다. 여기에서, 센서(8)는 관찰된 측정 지점까지 발산 경로 y로 연장된다. 예컨대, 케이블 덕트(9)는 트랙에 대해 항상 평행하게 연장되지는 않으며, 길이 보정을 위해 케이블 루프가 제공된다.

트랙 유지 보수 기계는 2개의 작업 유닛(18)을 포함하고, 이들 각각은 트랙상에서 시간(t)에 걸쳐 가변하는 힘 Q_A(t, x), Q_S(t, x)를 가함으로써 진동(12)을 생성한다. 이 과정에서, 안정 유닛은 레일(5)에 힘 Q_A(t, x)를 인가하는 반면, 탬핑 유닛은 밸러스트 베드(3)에 직접 힘 Q_S(t, x)를 인가한다.

전달 함수(T)는 아래와 같이 레일 그리드의 전달 함수 S(x), 베드의 전달 함수 B(x) 및 센서의 전달 함수 F(y)의 3가지 구성 요소로 구성된다.

또는

이때, 경로 x는 전달 시스템이 레일(5)을 따라 이산화되는 변수 역할을 한다. 센서(8)를 따라, 변수 y에 의해 이산화가 발생한다. 이에 상응하는 방식으로 전달 함수는 시계열 방식으로 기록될 수 있으며, 여기서 작업 유닛(18)이 어느 시간(t), 어느 위치에서 진동(12)을 방출하는지가 공지된다. 따라서 위치 정보는 시계열 정보를 통해 유출된다. 여기서 모니터링 장치(21)는 트랙 유지 보수 기계의 타이머(17)와 동기화된 타이머(17)를 포함한다.

레일 그리드의 전달 함수 S(x)는 아래와 같이 경로 x에 따른 레일(5) 및 침목(4)의 진동 전달과 관련된 특성을 나타낸다.

매개 변수화는 관찰된 각 지점의 측정 값(s_s)을 사용하여 수행되며, 특히 레일 표면, 스위치 부재의 영향이나 레일 파손을 식별하고 매개 변수화한다.

베드의 전달 함수 B(x)는 아래와 같이 침목 하단의 가장자리에서 시작하여 센서(8)까지 이르는 진동 전달과 관련된 특성을 나타낸다.

매트릭스의 라인 번호 k에 의해, 베드는 침목 하단의 가장자리에서 시작하여 센서(8)까지 이산화된다. 이러한 라인에서, 진동 전달에 영향을 미치는 이러한 매개 변수들(확산 속도, 감쇠, 반사 등)이 식별되고 매개 변수화된다.

센서의 전달 함수 F(y)는 아래와 같이 예컨대, 광섬유의 특성을 나타낸다.

매개 변수화는 관찰된 각 지점의 측정 값(f_f)을 사용하여 수행되며, 이때 개별 매개 변수 값은 예컨대 고유한 광섬유 신호 댐핑, 공간 관계(y → x), 베드의 전달 함수 B(x)를 갖는 광섬유 케이블의 접촉 특성, 및 케이블 특성(보강 등)을 나타낸다

각각의 작업 유닛(18)은 아래와 같이 벡터 A로 기술된다.

여기서, 값 a_a는 방출된 진동(12)의 매개 변수들을 나타낸다. 열차의 차축도 동일하며, 여기서 정적 휠 하중은 힘 Q로 표시된다. 매개 변수 값 a_a는 예컨대 다각형수, 평평한 지점, 휠 프로파일 등을 나타낸다. 시간(t)과 관련된 트랙의 열차에 대한 전체적 효과는 아래와 같이 행렬 Z(t)로 표시된다.

전달 함수(T)의 결정을 위해, 각 작업 유닛(18)에 의해 또는 진동 기록을 갖는 차축에 의한 트랙의 자극이 사용된다. 여기에서 시간(t)에 대한 유효 힘 Q 또는 레일(5)을 따라 해당 위치에 대한 유효 힘 Q는 각 경우에 아래와 같이 표시된다.

또는

센서(8)를 따라 관찰된 측정 지점에 대한 모니터링 장치(21)에 의한 측정에 의해 아래와 같은 매트릭스 M(t, y)가 산출된다.

여기서, 각각의 값(m_m)은 위치 또는 경로(y)를 따라 측정되며, 유입된 진동(12)의 대응 매개 변수들에 할당된다. 대응 매개 변수들은 예컨대 진폭, 주파수, 스트레칭(stretching) 등이다.

전달 함수(T)의 실제 결정은 예컨대 모니터링 장치(21), 시스템 중앙 또는 모니터링 장치(21)에 연결 가능한 컴퓨터에 설치된 평가 장치(27)에서 수행된다. 이러한 평가 장치(27)에 의해, 방출된 진동(12)의 기록 데이터가 센서(8)의 측정 값과 동기화된다. 예컨대, 열차가 시간 t에서 선로(1)을 지나갈 때 해당 열차의 행렬 Z(t)이 사용된다. 중첩된 방출 진동(12)(방출 패턴)은 전달 함수(T)에 의해 레일(5)로 전달되고 아래와 같은 매트릭스 M(t, y)로 측정된다.

시스템에 의한 소정의 자극이 없을 경우, 전달 함수(T)는 패턴 비교를 통해서만 정의되므로 부정확할 수 있다. 이때, 열차의 매트릭스(t) 형상에서 열차에 의한 자극은 측정 중에 얻은 행렬 M(t)과 경험적으로만 조율될 수 있다.

반면, 소정의 자극(측정된 차축 가속도를 갖는 트랙 유지 보수 기계 또는 열차)을 사용할 경우, 전달 함수(T)의 특성은 아래와 같이 충분한 정밀도로 결정될 수 있다.

전달 함수(T)의 대응 매개 변수화에 의해, 모니터링 장치(21)의 교정이 발생한다.

소정의 자극과 정의되지 않은 자극으로 반복 측정함으로써, 전달 함수(T)의 정밀도가 통계적 방법을 통해 향상될 수 있다. 특히, 전달 함수(T)의 매개 변수들에 대한 신뢰도는 통계적 평가를 통해 향상될 수 있다. 후속 측정에서 편차가 관찰될 경우, 시스템의 변화(휠 림의 평평한 지점, 다각형 형성, 레일 파손 등)에 대한 관련 결론을 도출할 수 있다.

이러한 시스템 변화가 없을 경우, 전달 함수(T)는 단기간(열차 운행 기간 또는 며칠)에 걸쳐 변경 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 또한, 각 열차의 방출 패턴은 적어도 주행 중에는 변경 불가능한 것으로 간주된다. 철도 운행의 수많은 이동을 분석하여 통계적 방법을 적용함으로써, 이러한 가정들이 개별 측정의 정밀도를 훨씬 능가하는 명확한 솔루션으로 확립된다. 이러한 방식으로, 선로(1)의 정적 특성이 더욱 정확하게 공지된다. 또한, 열차의 방출 패턴은 관찰된 전체 선로(1)에 걸쳐 추적될 수 있고 통계적 방법으로 상대적으로 더욱 정확하게 결정될 수 있으며, 열차 특성의 평가시 이상 값을 즉시 감지할 수 있도록 구성된다.

이러한 특성들은 오랜 시간을 경과하여 변화되므로, 시스템의 교정이 필요할 수 있다. 이러한 변화의 원인은 계절적으로 변동하는 지면 특성, 다양한 건설 작업, 기상 이변, 뿐만 아니라 트랙의 마모 현상(레일[5]의 주름 형성, 펌핑 스위치 프라그[pumping switch frog], 밸러스트 마모 등)일 수 있다. 이러한 장기적인 변화의 모니터링은 시계열적인 반복 교정을 통해 수행된다. 이러한 방식으로 느리게 발생하는 변동 사항을 추적할 수 있도록 구성된다. 반면, 선로 특성에 대한 갑작스러운 변화(예컨대, 레일 파단)는 즉시 감지되도록 구성된다.

전달 함수(T)의 사용에 의해, 센서(8)의 측정 신호로부터 명확한 모니터링 결과를 파악할 수 있다. 주행 중인 열차의 특징적인 방출 패턴은 선로(1)의 상태 변화 또는 고정 진동원으로 인식될 수 있다.

도 6은 모니터링 장치(21)에서, 센서(8)에 의해 초기에 기록된 측정 신호를 시간 경로 다이어그램(우측)으로 도시한다. 해당 선로 구간(1)은 복선 철도 라인이다. 가로 좌표는 시간(t)을 나타내고 세로 좌표는 센서(9)를 따라 측정 지점들의 위치를 나타낸다.

국부적인 전달 관계 특성은 전달 함수(T)에 의해 기술된 수학적 변환에 의해 보상된다. 이에 따라 교정된 측정 신호가 있는 시간 경로 다이어그램이 도 6의 우측에 표시되며, 이를 통해 열차의 순수한 방출 패턴이 선로(1)를 따라 기록될 수 있도록 구성된다. 통계적 평가를 통해 고정 진동원의 특성도 감지할 수 있도록 구성된다.

예컨대, 제1패턴 진행(28)의 경우 제1정류장(수평 진행)에서 저속 열차(제2패턴 진행[29])를 통과하는 고속 열차의 방출 패턴에 대한 움직임을 나타낸다. 두가지 패턴 진행(28, 29)에서 수평 막대(30)는 각각의 트랙의 국부적 결함(예컨대, 레일 파단)을 나타낸다. 인접한 트랙에서는, 어떤 정류장에서도 멈추지 않는 정면 접근 열차가 이동하고 있음을 나타낸다(제3패턴 진행[31]).

이와 같이, 인식된 국부 전달 관계 특성들이 보상됨으로써 열차의 방출 패턴과 고정 진동원의 특성을 해석 및 추적할 수 있다는 점이 전달 함수(T)에 의한 교정의 장점으로 볼 수 있다.

Claims (15)

1. 선로를 모니터링하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
   선로(1)를 따라 연장 배치된 센서(8)와 연결되는 모니터링 장치(21)의 제공에 의해 선로(1)를 모니터링하고, 진동을 감지하도록 구성된 센서(8)는 측정 데이터를 모니터링 장치(21)로 전달하며,
   철도 차량(2)이 선로(1)를 따라 주행시 공지된 진동 값(a, Q_A, Q_S)을 갖는 진동(12)이 선로(1)로 유입되어 센서(8)로 전달되며, 철도 차량(2)의 위치 데이터(x)가 기록되고, 평가 장치(27)를 통해 진동 전달(13)의 특성이 진동 값(a, Q_A, Q_S), 위치 데이터(x) 및 선로(1)에 대한 측정 데이터로부터 유도되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,
   진동 전달(13)과 관련된 특성이 모니터링 장치(21)에 전달 함수(T)로서 저장되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   측정 데이터는 특히 적어도 하나의 광섬유를 통한 분산 음향 감지(distributed acoustic sensing)에 의해, 광섬유 케이블의 신호로부터 유도되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   철도 차량(2)의 타이머(17)와 모니터링 장치(21)의 타이머(17)가 동기화되고, 기록된 데이터가 시계열 방식으로 저장되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   철도 차량(2)의 위치는 GNSS 수신기(16)에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   진동(12)은 트랙 유지 보수 기계의 작업 유닛(18)에 의해 유입되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 방법.
7. 제6항에 있어서,
   트랙 유지 보수 기계의 제어 데이터 및/또는 작업 매개 변수들이 평가 장치(27)로 전송되고, 이들은 측정 데이터와 조율되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 선로를 모니터링하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
   모니터링 장치(21)를 포함하고 이에 의해 측정 데이터가 선로(1)를 따라 연장 배치된 센서(8)에 의해 공급되며,
   철도 차량(2)은 철도 차량의 위치 데이터뿐만 아니라 철도 차량(2)에 의해 생성된 진동(12)을 기록하도록 구성되고, 평가 장치(27)의 제공에 의해 측정 데이터를 철도 차량(2)의 기록 데이터와 조율함으로써 선로(1)의 진동 전달(13)과 관련된 특성을 도출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   철도 차량(2)은 생성된 진동(12)을 기록하기 위한 가속도 센서(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   선로를 모니터링하기 위한 시스템.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    철도 차량(2)은 철도 차량(2)의 위치를 기록하기 위한 GNSS 수신기(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선로를 모니터링하기 위한 시스템.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    철도 차량(2)은 타이머(17)를 포함하고, 모니터링 장치(21)도 타이머(17)를 포함하며, 상기 두개의 타이머(17)는 동기식으로 구동되는 것을 특징으로 하는
    선로를 모니터링하기 위한 시스템.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    철도 차량(2)은 특정 진동 패턴을 방출하도록 구성된 트랙 유지 보수 기계 인 것을 특징으로 하는
    선로를 모니터링하기 위한 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    트랙 유지 보수 기계(2)는 작업 유닛(18)을 포함하며, 진동 발생기(19)를 갖는 한편, 특히 탬핑 유닛 또는 안정 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는
    선로를 모니터링하기 위한 시스템.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    센서(8)는 광섬유 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는
    선로를 모니터링하기 위한 시스템.
15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    철도 차량(2)은 트랙 부속물(10)을 검출하기 위한 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선로를 모니터링하기 위한 시스템.

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