KR20220126202A - 자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치 - Google Patents

자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 선로 이상 탐지 장치를 통해 선로 이상을 탐지하는 방법은, 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하는 단계; 및 상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 패임부의 단면적을 산출할 시, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터에서, 가로방향 각 x 값들에 대응되는 y 값들을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 변환하고, 상기 변환된 이격거리를 기반으로 상기 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.

Description

자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING ABNORMALITIES IN TRAIN TRACKS BASED ON AUTOMATION}
본 발명은 자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 3차원 형상 측정 장치를 이용해 선로에 존재하는 결함, 곧 선로의 휨 또는 패임의 위험도를 정량적으로 계산하고, 속도 측정 센서를 이용하여 결함이 발견된 위치를 정확하게 산출할 수 있도록 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열차에 장착되어 철도시설물을 관리하는 시스템은 영상을 촬영하여 녹화된 영상을 육안으로 점검하게 하거나, 더 발전된 경우 정상 상태의 참조 영상과 운행 시의 시설 영상을 컴퓨터로 비교하도록 하여 불일치를 판단하게 한다. 최근에는 인공지능 기계학습 기술이 발달함에 따라 기계학습 응용 방법이 쓰이기도 한다.
이러한 기술들은 크게 볼 때, 어떻게 이상을 탐지할 것인가와 이상을 탐지한 위치를 어떻게 알아낼 것인가에 대해 주안점을 두고 있는데, 첫 번째로 어떻게 이상을 탐지할 것인가에 대해서, 선행기술들은 시설물들이 정상 상태일 때의 참조 이미지와 실시간으로 취득한 카메라 이미지와의 비교를 통해 이상 여부를 판별하는 방법을 사용하거나, 레이저 스캐너를 사용하여 시설물 전체의 3차원 형상을 스캔하여 참조 형상과 비교한다는 추상적이고 모호한 방법과 기준을 제시하여 실제로 활용하기 어려운 문제점이 있었다.
두 번째로, 철도 시설물의 이상을 탐지한 위치를 어떻게 알아낼 것인가에 대해서, 선행 기술들은 선로상의 이상점을 발견한 열차의 위치를 알아내기 위해 레이저 또는 카메라로 열차가 지나온 침목의 개수를 센 후, 이 침목의 개수에 침목 사이의 거리를 곱하여 출발점에서부터 열차의 이동거리를 산출하거나, 바퀴의 회전수를 타코미터를 통해 얻어, 여기에 바퀴의 반경을 곱해서 이동거리를 산출했다. 이 방법들은 열차의 선로에는 반드시 침목이 있거나, 또는 열차에 바퀴가 반드시 있다는 전제조건하에 구현이 가능하였다.
그러나, 현대의 철도 기술이 발전하여 침목이 없는 선로를 사용하는 열차가 있다. 예를 들어, 타이어 굴림 방식 열차, 트램, 모노레일, 자기부상 열차들이 대표적이며, 특히 자기부상열차의 경우 바퀴도 없어, 종래의 기술로서는 이상점을 발견한 열차의 선로상 위치를 산출할 수 없는 문제점이 있었다.
선행 등록특허 KR 10-1806810 (궤도차량을 이용한 철도시설물 감시시스템)의 경우 열차가 운행되는 터널의 구조물의 정상 비정상 여부를 비교하기 위해 레이저로 침목을 감지하여 개수를 센 다음, 특정할 수 있는 n번째 침목을 기준점으로 한 위치에서 영상을 취득하는데, 이는 선로에 침목이 있어야만 가능하므로 침목이 없는 선로를 사용하는 열차 시스템에는 적용할 수 없었다.
또한, 공개특허 US 2019-0039633 (RAILROAD TRACK ANOMALY DETECTION)는 열차가 선로의 이상 여부를 탐지하기 위해 GPS로 위치를 특정할 수 있는 위치에서 미리 얻어 놓은 시설물의 정상 참조 이미지와, 열차 운행 시 동일한 지점에서 수집된 선로의 이미지를 비교함으로써 이상여부를 찾아내는데, 현재 기술로서는 GPS만으로는 빠른 속도로 이동하는 열차의 정확한 위치를 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 터널 안 또는 지하 운행 시에는 아예 열차의 위치를 산출할 수 없었다.
KR 1806810 US 2019-0039633
첫 번째로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 바퀴가 없는 열차나 침목이 없는 선로를 운행하는 열차의 경우도 선로의 이상점을 탐지하고 그 위치를 정확하게 산출할 수 있도록 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
두 번째로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선로 이상점의 위험 등급을 결정하기 위해 활용해야 하는 패임부의 깊이, 단면적, 체적 및 기울기를 정확하게 산출할 수 있도록 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 자동화된 선로 이상 탐지 장치를 통해 선로 이상을 탐지하는 방법은, 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하는 단계; 및 상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 패임부의 단면적을 산출할 시, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터에서, 가로방향 각 x 값들에 대응되는 y 값들을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 변환하고, 상기 변환된 이격거리를 기반으로 상기 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.
본 발명에 따르면, 선로의 이상점에 해당하는 패임부의 단면적, 체적, 기울기 및 위험등급을 정량적으로 산출할 수 있으며, 이를 활용하여 선로 안전 진단을 효율적으로 진행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 침목 또는 바퀴가 없는 모노레일, 트램, 자기부상 열차 등 모든 열차 시스템에서 열차의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 3차원 형상 측정 장치로, 광삼각법을 적용해 선로 표면부의 2차원 이미지뿐 아니라 선로 표면부 각각의 높이를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 속도 측정 장치로, 레이저 도플러 센서의 레이저를 선로에 투사해 속도를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 단면적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 패임부 빈 공간의 단면적을 연산하기 위해 도 6의 선로를 뒤집은 형태를 통해 보다 용이하게 연산할 수 있는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 체적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 기울기를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 2는 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 3차원 형상 측정 장치로, 광삼각법을 적용해 선로 표면부의 2차원 이미지뿐 아니라 선로 표면부 각각의 높이를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 장치는 선로(103)에 존재하는 패임부의 단면 형상을 획득하는 3차원 형상 측정 장치(100), 열차의 이동속도를 측정하기 위한 속도 측정 센서(101) 및 상기 각 구성들을 전반적으로 제어하며 3차원 형상 측정 장치에서 획득한 선로 단면의 2차원 배열 데이터 값들을 이용하여 선로(103)의 이상 여부를 결정하는 제어부(102)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 속도 측정 센서(101)는, 열차가 출발하면서부터 열차 하단을 반복 투사하여 속도 값을 얻는데, 이동거리는 속도에 시간을 곱한 값이기 때문에 이 속도 값들을 측정 시간차로 적분한 값은 이동거리가 되어, 특정시점의 열차의 위치를 판별할 수 있다. 이 열차의 위치 값은 추후 선로 이상이 탐지되었을 때 이상이 발견된 장소를 추적하기 위해 활용될 수 있다.
속도를 측정하는 방법은 일반적으로 2개의 레이저 빔을 선로 표면에 투사하여 산란된 도플러 시프트광을 측정하여 활용하기 위해 레이저 도플러 센서가 사용되나, 상기 속도 측정 센서는 레이저 도플러 센서의 사례에 한정되지 않으며, 다양한 방식의 속도 측정 센서가 사용될 수 있다.
예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(100)는 주기적으로 열차 하부를 투사하면서 선로 단면 형상의 2차원 배열 데이터를 측정하여 이상 위치 탐지에 활용할 수 있다.
상기 측정 장치는 일반적으로 1개의 3D 카메라와 1개의 라인레이저로 구성하여 광삼각법을 구현해 사용할 수 있으며, 2개의 카메라를 구성으로 하여 구현 가능한 스테레오비전 방식, 3D 구조광 카메라, 적외선 구조광 카메라 및 TOF 카메라 방식에 이르기까지 영상에서 깊이 또는 높이에 대한 정보를 획득할 수 있다면 다양한 방식을 적용할 수 있다.
도 2는 1개의 카메라(110)와 1개의 라인레이저(111)로 구현 가능한 광삼각법을 이용해 선로(103) 표면의 깊이 정보를 획득하는 3차원 형상 측정 장치의 구성 예시이다.
도 3은 도 1에 제시된 선로 이상 탐지 장치를 구성하는 장치 중 속도 측정 장치로, 레이저 도플러 센서의 레이저를 선로에 투사해 속도를 측정하는 사례를 상세하게 나타낸 구성도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 이상 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 단면적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선로 패임부 빈 공간의 단면적을 연산하기 위해 도 6의 선로를 뒤집은 형태를 통해 보다 용이하게 연산할 수 있는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 체적을 연산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패임부의 기울기를 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
한편, 하기에서 설명할 패임부는 선로에서 움푹 파인 곳 또는 휜 곳을 의미할 수 있으며, 선로의 단면적은 열차 진행 방향과 수직으로 선로를 자른 단면의 단면적일 수 있으며, 패임부의 단면적은 선로가 마모되기 전 정상 상태의 선로 단면에서 현재 마모된 선로 단면부의 영역을 뺀 나머지 공간의 영역을 의미할 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 5의 동작 22에서, 3차원 형상 측정 장치(100)를 이용하여 선로 단면의 2차원 형상을 도출함에 따라, 선로 표면 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.
예를 들어, 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 3차원 형상 측정 장치(100)에서 측정된 선로 단면의 2차원 배열 데이터 값들은, 이 측정 장치(100)를 구성하는 카메라(110)와 라인레이저(111)의 해상도에 의존하며, 이 해상도는 선로의 표면에서 측정된 x, y 포인트가 하나의 쌍으로 구성된 2차원 배열 데이터의 범위를 의미하며, 선로 단면의 가로 방향 위치를 의미하는 x값 하나당 하나의 높이 y값을 가질 수 있다.
제어부(102)는 3차원 형상 측정 장치(100)의 시야각, 해상도 및 선로와 이격거리 간의 관계를 통해, x의 1 포인트 간격에 대응되는 실제 선로상의 폭 mm 값(도 6, 도7의 dx)과 y의 1 포인트 간격에 대응되는 실제 선로상의 높이 mm 값을 알 수 있다. 도 6을 참조하면 하기 수학식 1과 같이 대응되는 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기서
Figure pat00002
은 센서에서 패임이 없거나 가장 적게 패임이 발생한 선로 표면과의 이격거리이고,
Figure pat00003
는 선로에서 가장 깊이 패인 곳과의 이격거리이다. 이해를 보다 쉽게하기 위해 도 6의 선로 모양에서
Figure pat00004
위치를 대칭축으로 하여 반전시키면 도 9와 같은 모양이 되는데, 여기서 음영부로 칠해진, 선로와
Figure pat00005
= 0 직선 사이 빈공간 영역의 면적이 패임부의 단면적이 된다.
구체적으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 3차원 형상 측정 장치 (100)로 선로 패임부의 패임 깊이를 측정할 경우, 3차원 형상 측정 장치의 해상도, 시야각 및 측정 장치와 선로의 이격거리 관계에 따라 선로의 폭에 해당하는 n개의 x 값과 이 x 값들에 대응되는, 센서와 선로 사이의 이격거리 y 값들을 얻을 수 있다.
예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(100)와 선로 표면의 패임이 없는 부분 사이의 이격거리를 도 6의
Figure pat00006
(200)이라고 할 경우, 가장 깊이 패인 부분과 3차원 형상 측정 장치(100)와의 거리는
Figure pat00007
(201)가 되고,
Figure pat00008
-
Figure pat00009
의 값은 선로 표면에서 가장 깊이 패인 곳까지의 깊이가 된다.
따라서 도 6과 같이, 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 2차원 배열 데이터를 구성하는 x값의 간격 1에 해당하는 실제 선로의 폭을
Figure pat00010
라 하고, 각
Figure pat00011
부터
Figure pat00012
까지 각
Figure pat00013
점마다 측정된 이격거리를
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
부터
Figure pat00017
,
Figure pat00018
,
Figure pat00019
까지라 할 때 도 6에서
Figure pat00020
보다 깊은 부분인 패임부 빈 공간의 단면적의 합은, 도 6의 선로를
Figure pat00021
을 축으로 상하 반전시켰을 때의 그림인 도 9를 참조할 경우,
Figure pat00022
축의 0점은 기존
Figure pat00023
축에서의
Figure pat00024
위치가 되며,
Figure pat00025
의
Figure pat00026
축에서 위치 값은
Figure pat00027
.-
Figure pat00028
이 된다.
이
Figure pat00029
공간에서
Figure pat00030
,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
부터
Figure pat00033
,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
까지 모두 합산하면 패임부 빈공간 단면적의 근삿값이 되며 이를 식으로 표현한 것이 상기 수학식 1이다.
한편, 도 7을 참조하면, 제어부(102)는 다른 방식으로 패임부의 단면적을 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(102)는 3차원 형상 측정 장치(100)에서 측정된 2차원 배열 데이터를 구성하는 x, y 포인트들로 구성할 수 있는 단면 형상을 도 6에서와 같이 계단형이 아닌 각 포인트들을 이은 선분들로 구성된 삼각형과 평행사변형 면적들의 합으로 근사할 수 있으며, 이를 의미하는 수학식 2를 통해 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.
Figure pat00036
여기서
Figure pat00037
는 3차원 형상 측정 장치에서 측정된 2차원 배열 데이터를 구성하는 하나의 배열 x, y 중, 가로 방향을 의미하는 x의 단위길이 1에 해당하는 선로 상 mm길이이고,
Figure pat00038
는 3차원 형상 측정 장치와 패임이 없는 선로 표면 간의 최소 이격거리이다.
앞서 도 6에서 직사각형들의 조합으로 패임부의 단면적을 계산했다면, 도 7은 선로 표면 각각 이격거리가 측정된 포인트(도 7에서 화살표의 종점이 각각 가리키는 곳)들을 이은 선분들에 의해 계산되는 단면적의 근삿값을 도시하고 있다. 즉, 선로 표면의
Figure pat00039
점을 시작으로
Figure pat00040
점,
Figure pat00041
점까지 이은 선분과
Figure pat00042
인 평행선과의 빈 공간 영역이 파손 영역의 전체 단면적을 의미하는데 2차원 배열 데이터의 포인트를 x방향으로 1씩 증가시키면서 세부 평행사변형 조각의 면적합을 구하는 방식으로 빈공간의 면적을 구할 수 있는데, 이를 식으로 나타내면 상기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 10에 도시된 바와 같이 패임부의 체적을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(102)는 도 6, 또는 도 7의 방식으로 산출한 패임부의 단면적 측정 시점에 속도 측정 센서(101)와 제어부(102)를 이용하여
Figure pat00043
,
Figure pat00044
부터
Figure pat00045
,
Figure pat00046
까지의 미세 이동거리들을 산출할 수 있고, 단면적에 이동거리를 곱해 합산하는 하기 수학식 3를 이용하여 패임부의 총 체적을 산출할 수 있다.
Figure pat00047
여기서
Figure pat00048
은 x가 n일 때 패임부의 단면적이고,
Figure pat00049
은 x가 n일 때, 곧 해당 단면적을 산출한 시점의 미세 이동거리이다. 여기서 만약 속도 측정 센서가 같은 거리 간격으로 속도를 측정했다면 상기 수학식 3은 아래 수학식 4와 같이 단순화될 수 있다.
Figure pat00050
구체적으로, 도 10은 열차가 진행 방향으로 진행하면서 도 6 또는 도 7의 방식으로 산출된 선로의 패임부 단면적(300)과 열차의 미세 이동거리(301)를 이용하여 산출되는 선로와 패임부의 3차원 형상 개념도이다.
도 3에서와 같이 열차에 달린 속도 측정 센서(101)가 측정한 속도로부터 미세 이동거리(301)를 얻을 수 있으며, 속도 측정 센서(101)가 열차 출발점인
Figure pat00051
번째부터
Figure pat00052
번째 시점까지 측정했을 때 각각의 이동거리가
Figure pat00053
,
Figure pat00054
…
Figure pat00055
,
Figure pat00056
까지이고, 각 측정시점에 산출된 패임부의 단면적(300)들이
Figure pat00057
,
Figure pat00058
…
Figure pat00059
,
Figure pat00060
이면, 패임부의 총 체적은
Figure pat00061
…
Figure pat00062
까지 합산한 값이 된다.
이 과정에서 3차원 형상 측정 장치(100)는 고정 시간 간격으로 선로와의 이격거리를 측정할 수도 있지만, 보다 바람직하게는 고정 이동거리 간격, 예를들어 매 1mm 마다 이격거리를 측정하는 것이 균일한 간격으로 미세 체적을 산출하기 때문에 오차가 적을 수 있다. 이렇게 하기 위해서 속도 측정 센서(101)는 아주 짧은 간격으로 이동거리 계산을 반복 진행하면서 매 이동거리 도달 시 마다 3차원 형상 측정 장치(100)에 반복적으로 이격거리 측정 신호를 보내야 한다.
일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 10에 도시된 바와 같이 패임부의 기울기(402)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(102)는 3차원 형상 측정 장치(100)로부터 선로와 이격거리를 통해 단면의 형상을 2차원 배열 데이터로 측정할 수 있고, 이 데이터를 통해 선로 표면부를 구성하는 x, y를 하나의 쌍으로 가지는 복수의 포인트들의 정보를 얻을 수 있다.
이 포인트 정보들로부터 선로 표면부라 간주할 수 있는 유효한 y 값의 범위를 확인할 수 있고, 유효한 y값을 가지는 포인트들 중, 가로 방향 가장 좌측에 위치하는 선로 표면부 시작점
Figure pat00063
과 가장 우측에 위치하는 선로 표면부 종료점
Figure pat00064
을 알아낼 수 있다.
이
Figure pat00065
과
Figure pat00066
의 범위의 단면에서 가장 높은 높이 y 값을 갖는 제1 포인트(403)와, 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두번째로 높은 높이 y 값을 갖는 제2 포인트(404)를 연결한 접선(401)이 수평선(400)과 이루는 기울기(402)를 산출할 수 있다.
선로상 특정 지점에서 기울기가 심한 경우 바퀴의 편마모와 열차 탈선 등 위험을 발생시킬 수 있기 때문에 열차의 모든 운행구간에서 선로의 기울기(402)를 확인하는 것이 선로 이상 감지에서 중요하다 할 수 있다. 도 10은 선로(103)의 패임에 의해 특정 단면에서 발생하는 기울기(402)를 나타낸다.
3차원 형상 측정 장치(100)에 의해 도출된 단면의 모양에서 선로 표면부와 접선의 방정식을 산출해낸 다음, 상기 접선과 수평선과의 각도차를 통해 기울기 θ를 산출할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 5의 동작 23에서, 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 패임부의 선로 위험 등급을 결정할 수 있다. 여기서, 위험 등급을 결정하기 위한 매핑 테이블이 미리 저장될 수 있다. 예컨대, 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 각각의 값들을 복수의 구간들로 세분화하고 각각의 구간들에 대응하는 위험등급이 매핑 테이블에 저장될 수 있다.
예를 들어, 도 4는 상기한 방법과 같이 본 발명의 속도 측정 센서(101) 및 3차원 형상 측정 장치(100)와 연결되어 전달받은 센서 데이터들을 통해 선로의 특정 지점에서 위험 등급을 산출하는 소프트웨어의 구조이다.
보다 구체적으로는, 3차원 형상 측정 장치(100)로 측정한 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터를 제어부(102)를 통해 연산한 값인 패임부 단면적에, 속도 측정 센서(101)에서 측정된 속도를 제어부(102)를 통해 연산한 값인 미세 이동거리를 곱하여 합산된 패임부의 체적 값으로 부터 선로의 위험 등급을 산출하고 결함이 발견된 위치를 저장하며 결함 관련 데이터들을 외부의 컴퓨터 시스템으로 전송하여 결함탐지 이력과 통계를 조회할 수 있도록 하는 소프트웨어의 구조이다.
구체적으로, 도 4의 제어부(102)는 속도 측정 센서(101)의 속도 데이터(135), 3차원 형상 측정 장치(100)의 선로 단면 2차원 배열 데이터(133) 및 카메라의 2차원 이미지(134)을 입력 받을 수 있으며, 표면 기울기 연산부(136), 이동거리 연산부(139), 패임 단면적 연산부(137) 및 패임 체적 연산부(138)를 포함하는 응용프로그램(130)을 포함할 수 있으며, 선로 이상 위치(143), 선로 위험 등급(141), 이상 위치의 이미지(142) 등을 포함하는 탐지 결과(140)를 산출하여 저장 장치(131)에 저장할 수 있다.
또한, 제어부(102)는 도 4에 도시되지 않은 별도의 통신부를 통해 원격 서버(132)에 탐지결과(140)를 전송할 수 있으며, 원격 서버(132)에서는 탐지 결과(140)를 분석하여 결함 이력 및 통계를 조회할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(102)는 도 5의 동작 23에서, 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로(103)의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 동작 21에서 사전 계산해 놓은 이동거리 값을 통해 최종적으로 동작 24에서 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(102)는 속도 측정 센서(101)를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 짧은 주기로 속도를 반복 측정할 수 있고, 측정한 속도에 속도 측정 시간 주기인 수십 마이크로 초를 곱하면, 이동거리는 속도와 시간의 곱, 즉
Figure pat00067
이므로 매 속도 측정 시 마다 열차가 이동한 미세 이동거리를 계산할 수 있다. 이렇게 속도와 시간의 적분을 이용하여, 패임부를 발견한 시간까지 미세 이동거리들을 합산하면 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다. 제어부(102)에 내장된 상기 이동거리 연산기는, 구성 방식에 따라 속도 측정 센서 안에 포함될 수도 있다.
구체적으로, 도 3은 레이저 도플러 방식을 이용한 속도 측정 센서(101)의 예를 통해 열차의 이동속도를 측정하는 방법을 도식화한 것이다. 먼저 속도를 측정하기 위해 레이저 광원 1(120) 및 레이저 광원 2(121)에 각각 출사된 2개의 레이저 광을 선로(103) 위 동일한 위치에 투사한다.
두 개의 레이저 광이 함께 투사된 위치에 레이저 광이 교차 및 간섭되어 생성된 레이저 광 교차부(123)에서 반복적인 밝고 어두운 무늬를 포토 다이오드(122)를 통해 검출한다. 포토 다이오드가 상기 무늬를 전기신호로 변환하여 측정한 산란광의 주파수는 물체의 속도에 비례하는데 이 주파수에 발생한 간섭무늬의 간격을 곱하면 속도를 구할 수 있다.
종래의 열차 이동거리 측정 방식은, 열차가 선로(103)를 지나갈 때 레이저나 카메라 등으로 선로상 침목의 개수를 센 후 침목 간의 배치 간격을 곱하여 열차의 이동거리를 산출하였거나 열차의 바퀴가 회전된 숫자에 바퀴의 반경을 곱하여 이동거리를 산출하였고, 그 외에 지상으로 운행하는 열차에 한해 GPS 장치를 이용한 위치 산정 방법들이 쓰여왔다.
본 발명에서는 열차 바퀴의 회전수나 선로 침목 개수, 또는 GPS를 매개로 하여 열차 이동거리를 산출하지 않기 때문에, 열차의 바퀴 존재여부, 열차 선로의 침목 존재여부, 열차의 실외 운행여부와 관계없이 열차의 위치를 측정할 수 있다.
일반적으로 상기와 같은 레이저 도플러 방식과 같은 속도 측정 기술을 활용할 수 있지만, 열차의 종류나 선로의 종류와 관계없이 속도를 측정할 수 있는 기술이라면 레이저 도플러 방식에 국한되지 아니하고 적용할 수 있음을 이 분야에 통상적인 지식을 가진 사람이라면 알 수 있을 것이다.
본 발명의 속도 측정 센서(101)에 의해 열차의 이동거리를 산출하는 방법은, 하기 수학식 5와 같이 속도와 시간의 적분 값을 통해 특정 시간 t점에서의 이동거리
Figure pat00068
를 산출할 수 있다.
Figure pat00069
예를 들면, 5초간 이동한 열차의 위치를 산출하기 위해 매 1초 마다 반복적으로 속도를 측정했을 경우, 측정된 속도가 5m/s, 10m/s, 10m/s, 15m/s, 15m/s이었다면 5초 간 열차의 이동거리는 5*1 + 10*1 + 10*1 + 15*1 + 15*1 이므로 55m가 된다. 실제로는 속도 측정 센서(101)가 속도를 수십 마이크로 초 주기로 반복 측정하기 때문에 이동거리 오차는 아주 미세하게 된다. 따라서, 상기와 같이 열차의 속도와 측정 시간 주기의 값으로 적분하여 이동거리를 연산하는 동안, 위험 등급이 높은 패임부가 발견될 경우, 패임부의 열차 선로상 위치를 손쉽게 산출할 수 있다.
본 발명의 일 면에 따른 선로 이상 탐지 장치에서, 선로 이상을 탐지하는 방법은, 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하는 단계; 및 상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계는, 레이저 도플러 방식의 속도 측정 센서를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 반복적으로 속도를 측정하는 단계; 상기 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분한 값인 이동거리를 이용하여 열차의 이동거리를 산출하는 단계; 패임부를 발견하였을 시 사전에 계산된 상기 열차의 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진, x와 y가 한쌍으로 표현되는 2차원 포인트 배열 데이터 중 특정 x값에 대응되는 y를 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면 사이의 이격거리
Figure pat00070
로 변환하는 단계; 및 상기 연산된 이격거리
Figure pat00071
를 하기 수학식 6에 대입하여 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
Figure pat00072
여기서,
Figure pat00073
는 상기에서 측정된 2차원 배열 데이터 x의 단위 값 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
Figure pat00074
는 x값에 대응되는 y값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이며,
Figure pat00075
은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리, 즉, 패임이 가장 적은 선로 표면과의 이격거리이다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 2차원 배열 데이터 중 하나의 포인트 x, y에서 x값에 대응되는 y값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면 사이의 이격거리
Figure pat00076
로 변환하는 단계; 및 상기 연산된 이격거리
Figure pat00077
를 하기 수학식 7에 대입하여 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
Figure pat00078
여기서
Figure pat00079
는 상기 수학식 6에서 설명한 바와 같이 x의 단위 값 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
Figure pat00080
는 x값에 대응되는 y값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이며,
Figure pat00081
은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리, 즉, 패임이 가장적은 선로 표면과의 이격거리이다. 또한
Figure pat00082
은 정수인 x의 다음 x포인트, 즉 x+1포인트에서 대응되는 y포인트를 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 체적을 산출하는 단계는, 상기 단계에서 산출된 패임부의 단면적과 사전에 연산해 놓은 미세 이동거리들을 하기 수학식 8에 대입하여 패임부의 체적을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
Figure pat00083
여기서
Figure pat00084
는 열차 진행방향인 z위치에서 수학식 6, 수학식 7 또는 수학식 8을 통해 산출된 패임부의 단면적이고,
Figure pat00085
는 속도 측정 센서의 측정 값으로부터 산출된 미세 이동거리이다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 패임부의 기울기를 산출하는 단계는, 상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 이격거리를 측정하는 단계; 상기 단계에서 측정된 이격거리를 이용하여 선로 표면부를 구성하는 복수의 포인트들을 2차원 배열로 획득하는 단계; 및 상기 복수의 포인트들 중 가장 높은 높이 y값을 갖는 제1 포인트 및 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두 번째로 높은 높이 y값을 갖는 제2 포인트를 연결한 접선이 수평선과 이루는 기울기를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 면에 따른 선로 이상 탐지 장치는 선로에 존재하는 패임부까지의 거리를 측정하는 3차원 형상 측정 장치; 열차의 이동 속도를 측정하는 속도 측정 센서 및 상기 3차원 형상 측정 장치에서 측정한 선로와의 이격거리를 이용하여 선로의 이상 여부를 결정하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하고, 상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 위험 등급을 결정하고, 상기 결정한 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 상기 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부(102)는, 레이저 도플러 방식의 상기 속도 측정 센서를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 반복적으로 속도를 측정하고, 상기 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분한 값인 이동거리를 이용하여 열차의 이동거리를 산출하고, 패임부를 발견하였을 시 상기 단계에서 계산된 열차의 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 2차원 배열 데이터를 구성하는 포인트 중 선로 표면 사이의 이격거리와 관계된 y값을 통해 선로와의 이격거리를 산출하고, 상기 산출된 이격거리를 수학식 1을 대입하여 선로 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부(102)는, 상기 3차원 형상 측정 장치에서 측정된 2차원 배열 데이터를 구성하는 포인트 중 x 간격 1에 대응되는 선로 가로방향 이격거리
Figure pat00086
와, y값에 대응되는 수직방향 이격거리
Figure pat00087
를 상술한 수학식 1, 또는 수학식 2에 대입하여 상기 패임부의 단면적을 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 3차원 형상 측정 장치 101: 속도 측정 센서
102: 제어부 103: 선로
110: 카메라 111: 라인레이저
120: 레이저 광원 1 121: 레이저 광원 2
122: 포토 다이오드 123: 레이저 광 교차 부
130: 응용프로그램 131: 저장장치
132: 원격 서버

Claims (10)

  1. 자동화된 선로 이상 탐지 장치를 통해 선로 이상을 탐지하는 방법에 있어서,
    3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하는 단계;
    상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하는 단계; 및
    상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함하며,
    상기 패임부의 단면적을 산출할 시,
    상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터에서, 가로방향 각 x 값들에 대응되는 y 값들을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 변환하고, 상기 변환된 이격거리를 기반으로 상기 패임부의 단면적을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계는,
    레이저 도플러 방식의 속도 측정 센서를 이용하여 열차가 출발한 시점부터 반복적으로 속도를 측정하는 단계;
    상기 단계에서 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분하여 열차의 이동거리를 산출하는 단계; 및
    패임부를 발견하였을 시 상기에서 산출된 열차의 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는,
    하기 수학식 1을 이용하여 상기 변환된 이격거리를 기반으로 상기 패임부의 단면적을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00088

    여기서
    Figure pat00089
    는 상기에서 측정된 2차원 데이터의 x 간격 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
    Figure pat00090
    은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리. 즉, 패임이 가장 적은 선로 표면과의 이격거리이다.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계는,
    상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터에서, 가로방향 각 x 값들에 대응되는 y 값들을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 변환하는 단계; 및
    상기 단계에서 산출된 이격거리 및 하기 수학식 2를 이용하여 상기 패임부의 단면적을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00091

    여기서
    Figure pat00092
    는 상기에서 측정된 2차원 데이터의 x 간격 1에 대응되는 선로 표면 가로방향 이격거리이고,
    Figure pat00093
    은 3차원 형상 측정 장치와 선로와의 최소 이격거리. 즉, 패임이 가장 적은 선로 표면과의 이격거리이다. 또한
    Figure pat00094
    는 x 값에 대응되는 y 값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이며,
    Figure pat00095
    은 정수로 표현되는 x의 다음 포인트, 즉 x+1 값에서 대응되는 y 값을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 환산한 거리이다.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 패임부의 체적을 산출하는 단계는,
    상기 단계들에서 산출된 패임부의 단면적과, 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값을 미세 이동거리로 환산시킨 값을 하기 수학식 3에 대입하여 패임부의 체적을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법.
    [수학식 3]
    Figure pat00096

    여기서
    Figure pat00097
    는 열차 진행방향인 z위치에서 수학식 1, 수학식 2 또는 수학식 3을 통해 산출된 패임부의 단면적이고,
    Figure pat00098
    는 속도 측정 센서로 측정된 속도 값을 제어부에서 환산한 미세 이동거리이다.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 패임부의 기울기를 산출하는 단계는,
    상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면부 사이의 이격거리를 측정하는 단계;
    상기 측정된 이격거리 값들을 통해 선로 표면부를 구성하는 복수의 2차원 배열 데이터로 획득하는 단계; 및
    상기 복수의 포인트들 중 가장 높은 높이 y 값을 갖는 제1 포인트 및 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두 번째로 높은 높이 y 값을 갖는 제2 포인트를 연결한 접선이 수평선과 이루는 기울기를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 방법.
  7. 선로에 존재하는 패임부까지의 이격 거리를 측정하는 3차원 형상 측정 장치; 열차의 이동 속도를 측정하는 속도 측정 센서; 및
    상기 3차원 형상 측정 장치에서 측정된 이격거리를 이용하여 선로의 이상 여부를 결정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 선로에 존재하는 패임부의 단면적, 체적 및 기울기 중 적어도 하나를 산출하고,
    상기 단면적, 상기 체적 및 상기 기울기 중 적어도 하나의 산출 값에 기초하여 상기 패임부의 선로 위험 등급을 결정하고,
    상기 결정한 선로 위험 등급에 따라 선로의 보수가 필요하다고 판단될 경우, 상기 속도 측정 센서에서 측정된 속도 값들을 측정 주기 시간으로 적분하여 계산된 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하고,
    상기 제어부는, 상기 패임부의 단면적을 산출할 시,
    상기 3차원 형상 측정 장치에서 얻어진 선로 표면 단면의 2차원 배열 데이터에서, 가로방향 각 x 값들에 대응되는 y 값들을 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면과의 이격거리로 변환하고, 상기 변환된 이격거리를 기반으로 상기 패임부의 단면적을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    레이저 도플러 방식의 상기 속도 측정 센서를 이용하여 열차 출발 시점부터 반복적으로 속도를 측정하고,
    상기 반복적으로 측정한 속도를 시간으로 적분한 값인 이동거리를 이용하여 열차의 이동거리를 산출하고,
    패임부를 발견하였을 시 상기 계산된 열차 이동거리를 활용하여 보수가 필요한 선로 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 장치.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 3차원 형상 측정 장치와 선로 표면부 사이의 이격거리를 측정하고,
    상기 측정된 이격거리 값들을 통해 선로 표면부를 구성하는 복수의 2차원 배열 데이터로 획득하며,
    상기 복수의 포인트들 중 가장 높은 높이 y 값을 갖는 제1 포인트 및 제1 포인트와 인접하지 않으면서 두 번째로 높은 높이 y 값을 갖는 제2 포인트를 연결한 접선이 수평선과 이루는 기울기를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동화된 선로 이상 탐지 장치.
  10. 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된, 자동화된 선로 이상 탐지 장치를 통해 선로 이상을 탐지하는 컴퓨터 프로그램.
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