KR20210117621A - 선로 상태를 감시하는 지능형 궤도 회로 장치 및 감시 시스템 - Google Patents

선로 상태를 감시하는 지능형 궤도 회로 장치 및 감시 시스템 Download PDF

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Abstract

본 개시의 기술적 사상에 따른 궤도 회로 장치는 송신기와 수신기간에 전송되는 검출 신호, 감시 신호 중 적어도 하나에 기초하여 열차가 운행되는 선로의 상태를 확인하도록 구성될 수 있고, 상기 송신기는, 중심 주파수와 제1 주파수만큼 차이나는 검출 주파수 성분을 가지는 상기 검출 신호를 생성하도록 구성된 검출 신호 생성기 및 상기 중심 주파수와 제2 주파수만큼 차이나는 제1 감시 주파수 성분을 가지는 상기 감시 신호를 생성하도록 구성된 감시 신호 생성기를 포함하고, 상기 수신기는, 상기 검출 신호에 기초하여 상기 선로가 상기 열차에 의해 점유되었는지 검출하도록 구성된 검출기 및 상기 감시 신호에 기초하여 상기 선로의 이상 유무를 확인하도록 구성된 감시기를 포함할 수 있다.

Description

선로 상태를 감시하는 지능형 궤도 회로 장치 및 감시 시스템{INTELLIGENT TRACK CIRCUIT DEVICE AND MONITORING SYSTEM FOR MONITORING LANE STATES}
본 개시의 기술적 사상은 궤도 회로 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 선로의 이상 여부를 확인하는 궤도 회로 장치에 관한 것이다.
궤도　회로　장치는 궤도(또는 선로, 이하에서는 선로로 지칭)를 전기　회로의 일부로 사용하여 선로 상의 열차를 감지하고, 선로를 통해 지상에서　열차에 신호를 전달하는　회로를 의미할 수 있다.　궤도　회로　장치는 교류식, 직류식, 임펄스식, 가청 주파수(Audio Frequency; 이하, AF)식, 코드식 등과 같은 다양한 방식을 이용하여 열차와 관련한 철도 신호를 생성할 수 있다.　
선로에 이상이 발생시, 사고가 유발될 수 있으므로, 사고를 방지하기 위하여 선로의 고장을 검출하는 것은 중요하다. 궤도　회로　장치가 철도 신호를 전송 및 수신하는 동작을 정상적으로 수행하고 있는지 확인하기 위하여,　궤도　회로　장치를 보수하는 보수자가　궤도　회로　장치의 정상 작동 여부를 주기적으로 확인할 필요가 있다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하려는 과제는, 검출 신호를 생성함으로써 선로가 열차에 의해 점유되었는지 검출하고, 감시 신호를 생성함으로써 선로의 이상 여부를 확인하는 궤도 회로 장치, 또는 궤도 회로 장치를 포함하는 감시 시스템을 제공하는데 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 궤도 회로 장치는 송신기와 수신기간에 전송되는 검출 신호, 감시 신호 중 적어도 하나에 기초하여 열차가 운행되는 선로의 상태를 확인하도록 구성된 궤도 회로 장치에 있어서, 상기 송신기는, 중심 주파수와 제1 주파수만큼 차이나는 검출 주파수 성분을 가지는 상기 검출 신호를 생성하도록 구성된 검출 신호 생성기 및 상기 중심 주파수와 제2 주파수만큼 차이나는 제1 감시 주파수 성분을 가지는 상기 감시 신호를 생성하도록 구성된 감시 신호 생성기를 포함하고, 상기 수신기는, 상기 검출 신호에 기초하여 상기 선로가 상기 열차에 의해 점유되었는지 검출하도록 구성된 검출기 및 상기 감시 신호에 기초하여 상기 선로의 이상 유무를 확인하도록 구성된 감시기를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 중심 주파수, 상기 검출 주파수 및 상기 감시 주파수는 가청 주파수(Audio Frequency) 대역에 포함된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 감시 신호 생성기는, 상기 중심 주파수와 제3 주파수만큼 차이나는 제2 감시 주파수 성분을 더 가지는 상기 감시 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 감시 주파수 및 상기 검출 주파수는 상기 궤도 회로 장치가 정상 동작 하는 주파수 대역인 동작 주파수 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 감시기는, 테스트 모드에서, 상기 동작 주파수 범위를 탐색함으로써 상기 선로의 이상 여부를 확인하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 수신기는 상기 선로의 이상 여부를 표시하도록 구성되는 모니터 장치를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 감시 시스템은 송신기와 수신기간에 전송되는 검출 신호, 감시 신호 중 적어도 하나에 기초하여 열차가 운행되는 선로의 상태를 확인하도록 구성된 복수의 궤도 회로 장치들을 포함할 수 있고, 제1 궤도 회로 장치에 포함된 제1 송신기는, 제1 중심 주파수와 제1 주파수만큼 차이나는 제1 검출 주파수 성분을 가지는 제1 검출 신호를 생성하도록 구성된 검출 신호 생성기 및 상기 제1 중심 주파수와 제2 주파수만큼 차이나는 제1 감시 주파수 성분을 가지는 제1 감시 신호를 생성하도록 구성된 감시 신호 생성기를 포함하고, 제2 궤도 회로 장치에 포함된 제1 수신기는, 상기 제1 검출 신호에 기초하여 상기 선로가 상기 열차에 의해 점유되었는지 검출하도록 구성된 검출기 및 상기 제1 감시 신호에 기초하여 상기 선로의 이상 유무를 확인하도록 구성된 감시기를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 감시 신호 생성기는, 상기 제1 중심 주파수와 제3 주파수만큼 차이나는 제2 감시 주파수 성분을 더 가지는 상기 감시 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 제2 궤도 회로 장치에 포함된 제2 송신기의 검출 신호 생성기는 제2 중심 주파수와 제4 주파수만큼 차이나는 제2 검출 주파수 성분을 가지는 제2 검출 신호를 생성하고, 상기 제2 송신기의 감시 신호 생성기는 상기 제2 중심 주파수와 제5 주파수만큼 차이나는 제3 감시 주파수 성분을 가지는 제2 감시 신호를 생성하도록 구성된 감시 신호 생성기를 포함하고, 상기 제2 중심 주파수는 상기 제1 중심 주파수와 다른 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 감시 신호 생성기는, 상기 제2 중심 주파수와 제6 주파수만큼 차이나는 제4 감시 주파수 성분을 더 가지는 상기 감시 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 제1 검출 주파수 및 상기 제1 감시 주파수는 상기 궤도 회로 장치가 정상 동작 하는 가청 주파수(Audio Frequency) 대역에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따르면, 궤도 회로 장치는 검출 신호 및 감시 신호에 기초하여 선로를 점유하는 열차의 유무를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 선로의 이상 여부를 확인할 수 있다. 궤도 회로 장치는 선로의 열화 정도를 파악할 수 있고, 열화된 선로를 수리함으로써 고장은 선제적으로 방지될 수 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 궤도 회로 장치는 검출 주파수와 상이한 감시 주파수에 기초한 감시 신호를 추가적으로 생성함으로써, 선로의 이상 여부를 즉각적으로 확인할 수 있다.
나아가, 본 개시의 기술적 사상에 따른 궤도 회로 장치는 열차가 운행되지 않을 때에 궤도 회로 장치의 동작 주파수 대역을 모두 탐색함으로써, 선로의 상태가 정상 범위인지를 다각적으로 파악할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 선로와 전기적으로 연결된 궤도 회로 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 궤도 회로 장치가 생성하는 송신 철도 신호를 시간에 따라 도시한 그래프이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 송신 모듈을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 생성된 신호를 주파수 도메인에서 도시한 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 궤도 회로 장치가 검출한 선로의 이상 상태에 대응하는 신호를 주파수 도메인에서 도시한 그래프이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 감시 시스템에서 복수의 궤도 회로 장치들이 신호를 송수신하는 방식을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시에서 사용한 "제1~", "제2~" 와 같은 서수적인 표현은 "제1~"이 "제2~"보다 앞선 것임을 한정하지 않으며, 유사한 구성을 달리 구분하여 표현하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
궤도 회로는 열차의 궤도(또는 선로, 이하에서는 선로로 지칭) 점유 유무를 감지하고, 차량의 위치를 감지하기 위해 선로를 전기 회로의 일부로서 구성한 회로이고, 궤도 회로 장치는 열차의 선로 점유 유무를 감지하기 위한 장치일 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 선로와 전기적으로 연결된 궤도 회로 장치를 도시한 블록도이다.
궤도　회로　장치(10)는 열차의 선로 점유를 검출하기 위한 철도 신호를　선로를 통해 다른 궤도 회로 장치에 전송하고, 궤도 회로 장치(10)는 수신한 철도 신호에 기초하여 열차가 선로 상에 존재하는지 여부를 감지할 수 있다. 또한,　궤도　회로　장치(10)는 철도 신호를 이용하여　열차에 선로 상태에 대한 정보를 전달할 수도 있다. 선로 상태는 선로를 점유하는 다른 열차에 대한 정보, 선로의 단락/개방, 선로의 불량, 전원 공급 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예시적 실시예에서, 궤도 회로 장치(10)는 차상 속도 코드를 열차에 전송함으로써 지상 신호 방식 및 차내 신호 방식의 신호 제어 설비를 직/간접적으로 제어할 수 있다.
궤도 회로 장치(10)는 궤도 회로 기능 감시 장치(TLDS: Track Circuit Level Detection System)로서 기능할 수 있다. 궤도 회로 기능 감시 장치는 궤도 회로의 전기적인 특성을 보수자에게 알려 궤도 회로의 기능이 미리 정비되도록 할 수 있다. 궤도 회로 장치(10)는 궤도 회로를 감시하기 위한 정보(예를 들어, 전압값, 열차의 선로 점유 정보, 신호기 정보, 선로 전환기 정보, 전방 열차와의 운행 간격, 제동 거리 등)를 실시간으로 수신할 수 있고, 선로의 장애 여부 및 선로 정보를 분석할 수 있다. 예시적 실시예에서, 궤도 회로 장치(10)는 사람이 들을 수 있는 16~20,000Hz의 주파수 대역인 가청 주파수(Audio Frequency; AF) 대역에서 동작할 수 있다.
도 1을 참조하면, 열차가 운행되는 선로(21, 23)의 양 측과 궤도 회로 장치(10)가 전기적으로 연결될 수 있다. 궤도 회로 장치(10)는 송신기(Transmitter(TX), 100), 수신기(Receiver(RX), 200) 및 귀선 전류 장치(300)를 포함할 수 있다.
송신기(100)는 열차의 선로 점유를 검출하거나, 선로의 이상 여부를 확인 하기 위한 철도 신호를　발진할 수 있고, 선로(21, 23)를 통해 다른 궤도 회로 장치(제2 궤도 회로 장치)의 수신기에 전송하도록 구성될 수 있고, 수신기(200)는 또 다른 궤도 회로 장치(제3 궤도 회로 장치)로부터 수신한 철도 신호에 기초하여 열차의 선로 점유를 검출하거나, 선로의 이상 여부를 확인할 수 있다. 선로의 이상이란 선로 상태의 이상 여부를 의미할 수 있고, 선로를 점유하는 다른 열차에 대한 정보, 선로의 단락/개방, 선로의 불량, 전원 공급 정보, 열차의 선로 점유 정보, 신호기 정보, 선로 전환기 정보, 전방 열차와의 운행 간격, 제동 거리 등을 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.
송신기(100)는 송신부 튜너(110), 송신 모듈(120) 및 전원 장치(130)를 포함할 수 있고, 송신 모듈(120)은 감시 신호 생성기(123) 및 검출 신호 생성기(121)를 포함할 수 있다.
송신부 튜너(110)는 선로(21, 23)와 전기적으로 연결될 수 있고, 궤도 회로 장치(10)와 선로(21, 23) 간의 임피던스(impedance) 차에 의한 반사를 줄이기 위한 임피던스 정합을 수행할 수 있다. 예시적 실시예에서, 송신부 튜너(110)는 인덕터(inductor), 커패시터(capacitor) 및/또는 저항 등 수동 소자를 포함할 수 있다. 송신부 튜너(110)는 임피던스 본드를 더 포함할 수 있다.
송신 모듈(120)은 열차를 검출하는 검출 주파수로 발진하는 검출 신호(DS), 및 선로를 감시하는 감시 주파수로 발진하는 감시 신호(MS)를 생성할 수 있다. 검출 신호(DS) 및 감시 신호(MS)들은 합성되어 송신 철도 신호(TX_S)로서 송신부 튜너(110)로 제공될 수 있다. 예시적 실시예에서, 감시 주파수 및 검출 주파수는 가청 주파수(AF) 대역에 포함될 수 있다. 예시적 실시예에서, 감시 주파수 및 검출 주파수는 복수의 궤도 회로 장치들 간에 신호 처리를 위해 미리 정해진 중심 주파수로부터 소정의 주파수만큼 차이가 있는 주파수일 수 있다.
검출 신호 생성기(121)는 중심 주파수로부터 제1 주파수만큼 차이나는 검출 주파수로 검출 신호(DS)를 발진할 수 있다. 검출 신호(DS)는 선로(21, 23) 상에 열차가 존재하는지(열차 점유 여부)를 검출 하기 위해 이용되는 신호를 지칭할 수 있다. 검출 신호 생성기(121)의 검출 신호(DS) 생성에 관하여는 도 2 내지 도 4에서 상세히 설명된다.
감시 신호 생성기(123)는 중심 주파수로부터 제2 주파수만큼 차이나는 적어도 하나의 감시 주파수로 감시 신호(MS)를 발진할 수 있다. 감시 신호(MS)는 선로(21, 23)를 점유하는 다른 열차에 대한 정보, 선로의 단락/개방, 선로의 불량, 전원 공급 정보, 신호기 정보, 선로 전환기 정보, 전방 열차와의 운행 간격, 제동 거리 등을 감시하기 위해 이용되는 신호를 지칭할 수 있다. 감시 신호 생성기(123)의 감시 신호(MS) 생성에 관하여는 도 3 내지 도 7에서 상세히 설명된다.
전원 장치(130)는 검출 신호(DS) 및 감시 신호(MS)를 생성하기 위해 송신 모듈(120)에 전원을 공급할 수 있고, 이 외에도 송신기(100)의 다양한 동작을 위해 송신 모듈(120)에 전원을 공급할 수 있다. 예시적 실시예에서, 전원 장치(130)는 송신 모듈(120)에 전원전압을 인가하기 위하여 승압 또는 강압을 수행하도록 구성된 전압 안정기를 더 포함할 수 있다.
수신기(200)는 수신부 튜너(210), 수신 모듈(220), 궤도 계전기(230), 전송 장치(240) 및 모니터 장치(250)를 포함할 수 있고, 수신 모듈(220)은 검출기(221) 및 감시기 (223)를 포함할 수 있다.
수신부 튜너(210)는 선로(21, 23)를 통해 수신되는 검출 신호(DS) 및 감시 신호(MS)를 임피던스 매칭하여 수신 모듈(220)로 제공할 수 있다.
수신 모듈(220)은 수신 철도 신호(RX_S)를 제공받을 수 있다. 수신 모듈(220)은 수신 철도 신호(RX_S)를 아날로그-디지털 컨버팅할 수 있고, FFT(Fast Fourier Transformation)를 수행하여 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 예시적 실시예에서, 수신 모듈(220)의 검출기(221) 및 감시기(223)는 하나의 DSP(Digital Signal Processor) FET(Field Effect Transistor)로 구현될 수 있다.
검출기(221)는 검출 신호(DS)에 기초하여 선로(21, 23) 상에 열차가 존재하는지를 검출할 수 있다. 검출기(221)는 검출 신호(DS)의 검출 주파수에서의 진폭을 미리 정의된 기준치와 비교함으로써, 선로(21, 23) 상 열차의 점유 여부를 검출할 수 있다.
감시기(223)는 감시 신호(MS)에 기초하여 선로(21, 23)의 이상 여부를 확인할 수 있다. 감시기(223)는 감시 신호(MS)의 감시 주파수에서의 진폭을 미리 정의된 기준치와 비교함으로써, 선로(21, 23)의 이상 여부를 확인할 수 있다. 검출기(221) 및 감시기(223)의 검출 및 확인 동작에 관하여는 도 4 내지 도 7에서 상세히 설명된다.
궤도 계전기(230)는 열차의 점유, 송전 불능 등의 사건 발생시 궤도 회로를 단락/개방시킬 수 있다. 예시적 실시예에서, 궤도 회로 장치(10)의 궤도 계전기(230)가 낙하됨으로써, 궤도 회로가 단락될 수 있다. 궤도 회로 내에 열차가 진입하면 차축에 의하여 궤도 회로가 단락되어 궤도 계전기(230)는 여자(자화)되지 않을 수 있고, 레일이 절손되거나 궤도 회로 자체에 고장이 발생할 경우에도 궤도 계전기(230)는 여자 되지 않을 수 있다. 궤도 회로가 열차에 의해 점유되지 않을 경우, 즉 궤도 회로 내에 열차가 없을 경우에는 전원으로부터 흐르는 전류에 의하여 궤도 계전기(230)가 여자될 수 있다. 궤도 계전기(230)와 접속된 신호기가 여자접점을 통할 때에는 열차 진행을 지시하는 녹색등이 현시 될 수 있고, 무여자 접점을 통할 때에는 열차를 정지시키는 적색등이 현시될 수 있으며, 신호기는 열차에 의하여 자동적으로 제어될 수 있다.
모니터 장치(240)는 수신 모듈(220)에서 검출된 열차 유무에 관한 정보, 또는 선로(21, 23)의 이상 유무를 보수자가 즉시 확인할 수 있도록 표시할 수 있다. 예시적 실시예에 따르면, 모니터 장치(240)는 복수의 역사들에 구비된 복수의 궤도 회로 장치(10)들에서 출력되는 정보를 합산하여 광범위한 철도 시스템의 전반을 관리하는 장치일 수 있다. 모니터 장치(240)는 수신기(200)의 케이스(case)의 일 면에 포함될 수 있으며, 7 세그먼트(7-segment) 디스플레이 장치, LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 등 다양한 형태의 디스플레이 장치에 정보를 표시할 수 있다. 보수자는 표시된 정보 또는 분석한 선로 정보에 기초하여 선로의 장애를 판단할 수 있거나, 선로의 고장을 사전에 예방할 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 열차 유무에 관한 정보, 또는 선로(21, 23)의 이상 유무에 관한 정보는 메모리에 저장될 수도 있다.
귀선 전류 장치(300)는 귀선 전류의 통로가 될 수 있고, 귀선 전류를 측정할 수도 있다. 여기에서, 귀선은 열차가 운행하는 선로(21, 23)의 가운데에 가공지선으로 전차선 전류를 회귀시키기 위한 선로일 수 있으며, 전차선 전류는 열차에 전력을 공급하기 위한 전류일 수 있다.
예시적 실시예에서, 귀선 전류 장치(300)는 인덕터(inductor), 커패시터(capacitor) 및/또는 저항 등 수동 소자를 포함할 수 있다.
선로(21, 23)는 장내, 출발, 중계, 폐색, 입환신호기(입환표지 포함)등의 위치에서 분할될 수 있다. 선로는 일정한 구간 단위로 분할하여 인접 궤도 회로와 독립된 회로를 구성하기 위하여 경계구간에 궤조절연이 설치될 수 있다. 예시적 실시예에서, 궤도 회로 내의 레일이음매 부분의 접속저항을 최소화하기 위하여 본드로 양단레일을 접속한 다음 한쪽에는 전원이 연결되고 다른 한쪽에는 궤도 계전기(230)가 설치될 수 있다.
예시적 실시예에 따르면, 송신 모듈(120)은 10V의 진폭을 가지는 송신 철도 신호(TX_S)를 생성할 수 있다. 송신 철도 신호(TX_S)의 진폭은 선로(21, 23)을 통과하며 5~6V의 전압으로 강하될 수 있고, 수신기(200) 근처에서는 0.5~1V의 전압까지 강하될 수 있다. 수신 모듈(220)에서, 수신 철도 신호(RX_S)의 진폭은 0.15~1.6V일 수 있다.
궤도 회로 장치(10)는 다른 궤도 회로 장치들과의 관계에서 열차를 검출하거나, 선로(21, 23)의 이상 여부를 확인할 수 있다. 제1 궤도 회로 장치(10)의 송신기(100)는 제2 궤도 회로 장치의 수신기로 검출 신호(DS) 및 감시 신호(MS)를 제공할 수 있고, 제1 궤도 회로 장치(10)의 수신기(200)는 제3 궤도 회로 장치의 송신기로부터 검출 신호(DS) 및 감시 신호(MS)를 제공받을 수 있다. 이와 같이, 적어도 두개의 궤도 회로 장치들을 이용하여, 열차가 운행되는 역 간의 열차 점유 여부 및 역 간 선로 이상 여부를 확인하는 감시 시스템이 운영될 수 있다. 복수의 궤도 회로 장치들을 이용하는 감시 시스템은 도 8에서 설명된다.
궤도 회로 장치(10)에서 송전 또는 착전되는 전압, 작동 상태, 철도 신호의 불량 여부를 확인하기 위하여, 관리자가 각각의 역사를 순회하며 주, 월, 년 단위로 신호를 직접 측정하여 검사해야 하는 불편함이 있었다. 본 개시의 기술적 사상에 따르면, 송신기(100)에서 생성하는 검출 신호(DS) 및 감시 신호(MS)를 수신기(200)가 제공받음으로써, 선로(21, 23)의 열차 점유 여부는 물론 선로(21, 23) 이상 여부를 상시 감시를 하여 궤도 회로 장치(10)의 정상 동작을 담보할 수 있다. 또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 궤도 회로 장치는 검출 주파수와 상이한 감시 주파수를 추가적으로 생성함으로써, 선로의 이상 여부를 즉각적이고 정확하게 확인할 수 있다. 나아가, 본 개시의 기술적 사상에 따른 궤도 회로 장치는 열차가 운행되지 않을 때에 궤도 회로 장치의 동작 주파수 대역을 모두 탐색함으로써, 선로의 상태가 정상 범위인지를 선제적으로 파악할 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 궤도 회로 장치가 생성하는 송신 철도 신호를 시간에 따라 도시한 그래프이다. 도 2의 가로 축은 시간에 관한 축이고, 세로 축은 주파수에 관한 축이다. 도 2는 도 1을 참조하여 설명된다.
궤도 회로 장치(10)는 인접한 궤도 회로 장치 간에 발생하는 주파수 간섭을 방지하기 위해 인접한 궤도 회로 장치와 상이한 중심 주파수를 사용한다. 예시적 실시예에서, 궤도 회로 장치(10)에 사용되는 중심 주파수는 4가지(A, B, C, D)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 4가지 중심 주파수(A, B, C, D)는 각각의 궤도 회로 장치가 동작하기 위해 필요한 동작 주파수 대역(bandwidth)이 서로 중첩(overlap)되지 않기 위해 소정의 주파수 이상(예를 들어, 300Hz) 떨어져 있을 수 있다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 궤도 회로 장치(10)가 A 주파수 대역을 사용하는 것으로 가정된다.
검출 신호 생성기(121)는 중심 주파수(f0)와 제1 주파수(fd)만큼 차이나는 두 개의 검출 주파수(f0-fd, f0+fd)에 기초하여 검출 신호(DS)를 생성할 수 있다. 궤도 회로 장치(10)는 선로(21, 23)를 통하여 제공받은 검출 신호(DS)에 기초하여, 선로(21, 23)가 열차에 의해 점유되었는지를 검출할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 검출 신호 생성기(121)는 두 개의 검출 주파수(f0-fd, f0+fd)를 번갈아가면서 이용하여 검출 신호(MS)를 발진시킬 수 있다. 두 개의 검출 주파수(f0-fd, f0+fd)가 바뀌는 주기, 즉 스위칭 시간은 스위칭 주파수(fs)의 역수와 같을 수 있다.
검출기(221)는 중심 주파수(f0)와 제1 주파수(fd)만큼 차이나는 두 개의 검출 주파수(f0-fd, f0+fd)를 이용하여, 선로(21, 23)가 열차에 의해 점유되었는지를 검출할 수 있다. 검출기(221)는 중심 주파수(f0)의 진폭에 기초하여 미리 결정된 임계치를, 두 개의 검출 주파수(f0-fd, f0+fd)의 진폭의 크기와 비교할 수 있고, 진폭 차가 검출 임계치를 초과한다면 선로(21, 23)에 열차가 존재한다고 판단할 수 있고, 진폭 차가 검출 임계치 이하라면 선로(21, 23)에 열차가 존재하지 않는다고 판단할 수 있다. 검출기(221)가 열차 점유를 검출하는 방법에 대하여는 도 3에서 상세히 설명된다.
예시적인 실시예에서, A 주파수 대역에 따르면, 중심 주파수(f0)는 1699Hz일 수 있고, 제1 주파수(fd)는 17Hz이고, 제1 검출 주파수(f0+fd)는 1716Hz, 제2 검출 주파수(f0-fd)는 1682Hz일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 송신 모듈을 도시한 도면이다. 도 3은 도 1 및 도 2와 함께 설명된다. 송신 모듈(120) 내에서 검출 신호(DS) 및 감시 신호(MS)가 생성될 수 있고, 송신 모듈(120)은 믹서(125) 및 발진기(126)를 더 포함할 수 있다.
발진기(126)는 제1 검출 주파수(f0+fd), 제2 검출 주파수(f0-fd)로 발진하는 검출 신호(DS)를 생성할 수 있고, 제1 감시 주파수(f0+fm), 제2 감시 주파수(f0-fm)로 발진하는 감시 신호(MS)를 생성할 수 있다.
검출 신호 생성기(121)에서, 제1 검출 주파수(f0+fd)와 제2 검출 주파수(f0-fd) 사이에 스위칭이 연속적으로 발생할 수 있다. 검출 신호 생성기(121)는 스위치의 연결에 따라 제1 검출 주파수(f0+fd) 또는 제2 검출 주파수(f0-fd)로 발진하는 검출 신호(DS)를 생성할 수 있다. 검출 신호 생성기(121)는 스위칭 주파수(fs)에 따라, 제1 검출 주파수(f0+fd)와 제2 검출 주파수(f0-fd) 를 선택적으로 결정할 수 있다.
유사한 방식으로, 감시 신호 생성기(123)에서, 제1 감시 주파수(f0+fm)와 제2 감시 주파수(f0-fm) 사이에 스위칭이 연속적으로 발생할 수 있다. 감시 신호 생성기(123)는 스위치의 연결에 따라 제1 감시 주파수(f0+fm) 또는, 제2 감시 주파수(f0-fm)로 발진하는 감시 신호(MS)를 생성할 수 있다. 감시 신호 생성기(123)는 스위칭 주파수(fs)에 따라, 제1 감시 주파수(f0+fm)와 제2 감시 주파수(f0-fm)를 선택적으로 결정할 수 있음은 전술한 바와 유사하다. 그러나, 이에 국한되지 않고, 감시 신호 생성기(123)에 제공되는 스위칭 주파수(fs)는 검출 신호 생성기(121)에 제공되는 스위칭 주파수(fs)와 상이할 수도 있다.
예시적 실시예에 따르면, 제2 주파수(fm)는 51Hz일 수 있다. 즉, 제2 주파수(fm)는 제1 주파수(fd)와 3배만큼 크도록 설정될 수 있다. 이에 따르면, 제1 감시 주파수(f0+fm)는 1750Hz일 수 있고, 제2 감시 주파수(f0-fm)는 1648Hz일 수 있다. 그러나, 이에 제한 되지 않고, 제2 주파수(fm)는 제1 주파수(fd)와 상이한 다양한 수치의 주파수일 수 있다. 예시적 실싱예에서, 검출 주파수(f0-fd, f0+fd) 및 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)는 가청 주파수 대역에 포함될 수 있다.
믹서(125)는 검출 신호 생성기(121)가 제공하는 검출 신호(DS) 및 감시 신호 생성기(123)가 제공하는 감시 신호(MS)를 합성할 수 있고, 그 결과로서 송신 철도 신호(TX_S)를 생성할 수 있다. 송신 철도 신호(TX_S)는 송신부 튜너(110)으로 제공될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 생성된 신호를 주파수 도메인에서 도시한 그래프이다. 가로 축은 주파수에 관한 축이고, 세로 축은 주파수의 진폭, 즉 주파수의 크기로, 로그 스케일로 표현될 수 있다. A 주파수 대역이라고 가정된다.
도 4의 설명을 위해 도 1 및 도 3이 함께 참조된다. 검출기(221)는 수신된 검출 신호(DS)를 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 검출기(221)는 A 주파수 대역에 대한 중심 주파수(f0)의 진폭이 A0임을 미리 알 수 있다. 검출기(221)는 제1 검출 주파수(f0+fd)와 제2 검출 주파수(f0-fd)에서의 제2 진폭이 A1 dB임을 검출할 수 있다.
검출기(221)는 임계치과 검출 주파수(f0+fd, f0-fd)의 제2 진폭(A1)을 비교할 수 있고, 진폭 차(A0-A1)가 검출 임계치를 초과한다면, 선로(21, 23)에 열차가 존재한다고 판단할 수 있고, 진폭 차(A0-A1)가 검출 임계치 이하라면, 선로(21, 23)에 열차가 존재하지 않는다고 판단할 수 있다.
도 5 의 설명을 위해 도 1, 도 3, 도 4가 함께 참조된다. 본 개시의 기술적 사상에 따르면, 감시기(223)는 검출 주파수(f0+fd, f0-fd)와 상이한 하나 이상의 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)의 진폭을 검출할 수 있다. 도 5에는 설명의 편의를 위해 3 개의 감시 주파수 쌍(f0+fm1, f0-fm1), (f0+fm2, f0-fm2), (f0+fm3, f0-fm3)이 도시되었으나, 이에 제한되지는 않는다. 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)는 열차의 선로 점유 외에, 선로의 단락/개방, 선로의 불량, 전원 공급 정보 등을 감시하기 위해 이용되는 주파수일 수 있다. 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)는 검출 주파수(f0+fd, f0-fd)보다 작거나 클 수 있다. 감시기(223)는 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)의 제3 진폭(A2)이 임계값 이하이므로 궤도 회로가 불량 상태라고 판단할 수 있고, 불량 상태와 관련한 정보를 모니터 장치(240)에 제공할 수 있다. 예시적 실시예에서, 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)에서의 진폭은 선로의 불량, 전원 공급의 불안정 등 다양한 선로의 이상 여부를 의미할 수 있다.
감시 주파수(f0+fm, f0-fm)에서의 진폭은 모니터 장치(도 1, 240)에 의해 표시될 수 있고, 보수자는 모니터 장치(도 1, 240)에 표시된 수치, 알람 등을 검토하고 문제 상황을 즉각적으로 인지할 수 있고, 선로(21, 23)가 정상 상태로 보수되기까지의 시간은 단축될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 궤도 회로 장치가 검출한 선로의 이상 상태에 대응하는 신호를 주파수 도메인에서 도시한 그래프이다. 가로 축은 주파수에 관한 축이고, 세로 축은 주파수의 진폭, 즉 주파수의 크기일 수 있다. A 주파수 대역이라고 가정된다. 도 6 및 도 7의 설명을 위해 도 1 및 도 5가 함께 참조된다.
열차가 운행되지 않는 시간(예를 들어, 심야 또는 점검 기간)에, 궤도 회로 장치(10)는 선로(21, 23)의 불량 여부를 전반적으로 감시하기 위한 테스트 모드로 작동될 수 있다. 감시 신호 생성기(123)는 궤도 회로 장치(10)가 테스트 모드로 작동됨에 응답하여, 궤도 회로 장치(10)의 동작 주파수 대역을 전체를 검증하기 위하여 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)로 감시 신호(MS)를 발진시킬 수 있다. 감시기(223)는 동작 주파수 대역 모두에 대한 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)에 기초한 감시 신호(MS)를 수신할 수 있고, 동작 주파수 대역에 대한 진폭을 플롯팅(plotting)함으로써, 궤도 회로의 이상 여부를 판단할 수 있다.
도 6은 중심 주파수가 f0에서 f0'로 오른쪽으로 쉬프팅된 상태를 도시한다. 궤도 회로가 정상인 상태, 즉 선로(21, 23)에 이상이 없는 경우에, 그래프는 중심 주파수(f0)를 중심으로 양쪽으로 대칭적으로 플롯팅 될 수 있고, 동작 주파수 대역 전부에 대한 진폭은 엔벨롭(envelope)으로 도시될 수 있다. 예시적 실시예에서, 궤도 회로가 비정상인 상태, 즉 선로(21, 23)에 이상이 있는 경우에는, 중심 주파수가 f0'로 오른쪽으로 쉬프팅된 채로 플롯팅될 수 있다. 이 경우는 선로(21, 23)가 불량이거나 오프셋(offset)이 틀어지거나 하는 등의 선로의 이상 상태를 의미할 수 있다.
도 7은 그래프의 엔벨롭(envelope)에 왜곡(distortion)이 발생한 상태를 도시한다. 이 경우는 중심 주파수(f0)는 동일하지만, 동작 주파수 대역 전부에 대한 진폭이 대칭적이지 않고, 정상 상태의 엔벨롭에 비해 일그러지고 왜곡이 존재하므로, 선로(21, 23)의 이상 상태를 의미할 수 있다.
도 6 및 도 7에서 도시된 그래프는 모니터 장치(도 1, 240)에 의해 표시될 수 있고, 보수자는 그래프를 검토하고 문제 상황을 즉각적으로 인지할 수 있고, 선로(21, 23)가 정상 상태로 보수되기까지의 시간은 단축될 수 있다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 감시 시스템에서 복수의 궤도 회로 장치들이 신호를 송수신하는 방식을 도시한 도면이다.
궤도 회로 장치(10)는 인접한 궤도 회로 장치 간에 발생하는 주파수 간섭을 방지하기 위해 인접한 궤도 회로 장치와 상이한 중심 주파수를 사용함은 전술한 바와 같다. 도 8에서는, 설명의 편의를 위해 복수의 궤도 회로 장치간에는 A 주파수 대역 및 B 주파수 대역이 사용되는 것으로 가정된다. 2가지 중심 주파수(A, B)는 각각의 궤도 회로 장치가 동작하기 위해 필요한 동작 주파수 대역(bandwidth)이 서로 중첩(overlap)되지 않기 위해 600Hz 차이가 나도록 설정될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1역과 제2역 사이에 선로가 연결될 수 있고, 선로에는 복수의 궤도 회로 장치가 존재할 수 있다. 제1 궤도 회로 장치는 제1 송신기(TX1)(200_1)를 포함할 수 있고, 제2 궤도 회로 장치는 제1 수신기(RX1)(100_1) 및 제2 송신기(TX2)(200_2)를 포함할 수 있고, 제3 궤도 회로 장치는 제2 수신기(RX2)(100_2) 및 제3 송신기(TX3)(200_3)를 포함할 수 있고, 제4 궤도 회로 장치는 제3 수신기(RX3)(100_3)를 포함할 수 있다.
제1 송신기(200_1)는 송신 철도 신호(TX_S)를 선로를 통해 제1 수신기(100_1)로 제공할 수 있다. 예시적 실시예에 따라, 제1 송신기(200_1)가 생성한 송신 철도 신호(TX_S)는 A 주파수 대역을 이용하였으므로, 중심 주파수(f0)는 1699Hz일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 수신기(100_1)는 1699Hz의 중심 주파수(f0)로 발진된 수신 철도 신호(RX_S)에 기초하여, 제1 송신기(200_1)와 제1 수신기(100_1) 사이의 열차 점유를 검출하거나 선로 이상 여부를 확인할 수 있다.
유사하게, 제2 송신기(200_2)는 송신 철도 신호(TX_S)를 선로를 통해 제2 수신기(100_2)로 제공할 수 있다. 예시적 실시예에 따라, 제2 송신기(200_2)가 생성한 송신 철도 신호(TX_S)는 B 주파수 대역을 이용하였으므로, 중심 주파수(f0)는 1999Hz일 수 있고, 검출 주파수(f0+fd, f0-fd) 및 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)는 A 주파수 대역의 검출 주파수(f0+fd, f0-fd) 및 감시 주파수(f0+fm, f0-fm)와 상이할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 동일할 수도 있다. 제2 수신기(100_2)는 1999Hz의 중심 주파수(f0)로 발진한 수신 철도 신호(RX_S)에 기초하여, 제2 송신기(200_2)와 제2 수신기(100_2) 사이의 열차 점유를 검출하거나 선로 이상 여부를 확인할 수 있음은 동일하다.
마찬가지로, 제3 송신기(200_3)는 송신 철도 신호(TX_S)를 선로를 통해 제3 수신기(100_3)로 제공할 수 있고, 예시적 실시예에 따라 제3 송신기(200_3)가 생성한 송신 철도 신호(TX_S)는 A 주파수 대역을 이용하였으므로, 중심 주파수(f0)는 1699Hz일 수 있다.
도 8에서는 설명의 편의를 위해 제1 내지 제3 수신기(100_1, 100_2, 100_3) 및 제1 내지 제3 송신기(200_1, 200_2, 200_3)는 서로 분리되어 선로 옆에 설치된 것으로 도시되었으나, 실시예에 따라 제1 내지 제3 수신기(100_1, 100_2, 100_3) 및 제1 내지 제3 송신기(200_1, 200_2, 200_3)를 포함하는 복수의 궤도 회로 장치는 기기 집중식 설치 방법에 의해 감시 시스템(1)의 일부로서 동일한 랙(rack)에 함께 설치될 수 있다.
이와 같이, 적어도 두 개의 궤도 회로 장치들을 이용하여, 열차가 운행되는 역 간의 열차 점유 여부 및 역 간 선로 이상 여부를 확인하는 감시 시스템(1)이 운영될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 송신기와 수신기간에 전송되는 검출 신호, 감시 신호 중 적어도 하나에 기초하여 열차가 운행되는 선로의 상태를 확인하도록 구성된 궤도 회로 장치에 있어서,
    상기 송신기는,
    중심 주파수와 제1 주파수만큼 차이나는 검출 주파수에 기초한 상기 검출 신호를 생성하도록 구성된 검출 신호 생성기; 및
    상기 중심 주파수와 제2 주파수만큼 차이나는 제1 감시 주파수에 기초한 상기 감시 신호를 생성하도록 구성된 감시 신호 생성기를 포함하고,
    상기 수신기는,
    상기 검출 신호에 기초하여 상기 선로가 상기 열차에 의해 점유되었는지 검출하도록 구성된 검출기; 및
    상기 감시 신호에 기초하여 상기 선로의 이상 유무를 확인하도록 구성된 감시기를 포함하는 궤도 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중심 주파수, 상기 검출 주파수 및 상기 감시 주파수는 가청 주파수(Audio Frequency) 대역에 포함된 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감시 신호 생성기는,
    상기 중심 주파수와 제3 주파수만큼 차이나는 제2 감시 주파수에 더 기초하여 상기 감시 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감시 주파수 및 상기 검출 주파수는 상기 궤도 회로 장치가 정상 동작 하는 주파수 대역인 동작 주파수 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감시기는,
    상기 동작 주파수 범위를 모두 탐색함으로써 상기 선로의 이상 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 선로의 이상 여부를 표시하도록 구성되는 모니터 장치를 더 포함하는 궤도 회로 장치.
  7. 송신기와 수신기간에 전송되는 검출 신호, 감시 신호 중 적어도 하나에 기초하여 열차가 운행되는 선로의 상태를 확인하도록 구성된 복수의 궤도 회로 장치들을 포함하는 감시 시스템에 있어서,
    제1 궤도 회로 장치에 포함된 제1 송신기는,
    제1 중심 주파수와 제1 주파수만큼 차이나는 제1 검출 주파수에 기초한 제1 검출 신호를 생성하도록 구성된 검출 신호 생성기; 및
    상기 제1 중심 주파수와 제2 주파수만큼 차이나는 제1 감시 주파수에 기초한 제1 감시 신호를 생성하도록 구성된 감시 신호 생성기를 포함하고,
    제2 궤도 회로 장치에 포함된 제1 수신기는,
    상기 제1 검출 신호에 기초하여 상기 선로가 상기 열차에 의해 점유되었는지 검출하도록 구성된 검출기; 및
    상기 제1 감시 신호에 기초하여 상기 선로의 이상 유무를 확인하도록 구성된 감시기를 포함하는 감시 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감시 신호 생성기는,
    상기 제1 중심 주파수와 제3 주파수만큼 차이나는 제2 감시 주파수에 더 기초하여 상기 감시 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 궤도 회로 장치에 포함된 제2 송신기의 검출 신호 생성기는 제2 중심 주파수와 제4 주파수만큼 차이나는 제2 검출 주파수에 기초한 제2 검출 신호를 생성하고,
    상기 제2 송신기의 감시 신호 생성기는 상기 제2 중심 주파수와 제5 주파수만큼 차이나는 제3 감시 주파수에 기초한 제2 감시 신호를 생성하도록 구성된 감시 신호 생성기를 포함하고,
    상기 제2 중심 주파수는 상기 제1 중심 주파수와 다른 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 감시 신호 생성기는,
    상기 제2 중심 주파수와 제6 주파수만큼 차이나는 제4 감시 주파수에 더 기초하여 상기 감시 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 검출 주파수 및 상기 제1 감시 주파수는 상기 궤도 회로 장치가 정상 동작 하는 가청 주파수(Audio Frequency) 대역에 포함되는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
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KR20100108703A (ko) * 2009-03-30 2010-10-08 주식회사 혁신전공사 에이에프 궤도회로의 모니터링 장치 및 그 모니터링 방법
KR20120124597A (ko) * 2011-05-04 2012-11-14 강장규 궤도 회로 측정 장치 및 방법

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