KR20230069095A - 선로의 목표 형상 설정에 의해 선로의 형상을 수정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선로의 목표 형상 설정에 의해 선로의 형상을 수정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 방법은 측정 시스템(8)에 의해 선로 구간(26)에서 선로(5)의 실제 형상(I)을 검출하는 단계 및 컴퓨터 유닛(36)에 의해 실제 형상(I)에 기초하여 목표 형상(S)의 계산을 수행하는 단계를 포함하고, 이때 위치 검출 시스템(13)에 의해 선로 구간(26)을 따라 선로(5)의 실제 위치 지점(15)을 검출하며, 적어도 하나의 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로서 컴퓨터 유닛(36)에 제공하고, 컴퓨터 유닛(36)에 의해 목표 형상(S)을 계산함으로써 목표 형상(S)을 실제 형상(I)에 일련의 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들(31, 32, 33)로 적용하는 한편 사전 설정된 구속 지점(24)을 통해 배치하는 것을 특징으로 한다. 이러한 방법에 의해 사전 측정을 사용하는 공지된 보상 처리 방법에 비해 품질을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

선로의 목표 형상 설정에 의해 선로의 형상을 수정하는 방법 및 시스템

본 발명은 선로(track)의 목표 형상 설정에 의해 선로의 형상을 수정하는 방법에 관한 것으로, 여기서는 먼저 측정 시스템에 의해 선로 구간에서 선로의 실제 형상을 검출한 다음 컴퓨터 유닛에 의해 보상 처리 계산을 수행함으로써 실제 형상을 기반으로 목표 형상을 계산하도록 구성된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.

자갈 도상 선로(ballasted track)의 경우, 밸러스트 베드(ballast bed) 내 선로 패널(track panel)의 위치는 주행 조건 및 기후의 영향을 받는다. 따라서 특히 유지 보수 작업 전에 특별히 제공된 선로 점검 차량을 사용하여 정기적인 측정 작업을 수행함으로써 현재의 선로 형상(선로의 레이아웃)을 평가하도록 구성된다. 또한, 적절한 장비를 갖춘 선로 유지 보수 기계를 선로 점검 차량으로 사용할 수도 있다. 선로 형상은 일반적으로 수평 위치(선로의 얼라인먼트[alignment]) 및 수직 위치(선로의 경사도[inclination])에 의해 설정된다. 또한, 절대적인 선로 형상을 결정하기 위해서는, 외부의 기준 시스템과 연계된 위치 정보도 필요하다.

종래의 측정 방법에서는 선로 옆에 위치한 외부 기준점들(전주[electric poles]와 같은 고정 구조물에 부착)을 사용하는데, 이러한 외부 기준점들을 마킹 볼트(marking bolts) 또는 기타 마킹 대상물로 결정할 수 있다. 또한, 토지 측량 시스템 또는 GNSS 시스템을 사용하여 외부 기준점들을 결정할 수도 있는데, 여기서는 선로와 관련된 각 외부 기준점의 의도된 위치가 디렉토리에 문서화된다. 이러한 방식으로 절대적인 선로 형상(선로의 설계 형상)이 주요 철도 라인 상에 정확하게 설정된다.

또한, 내부 기준 설정 방법에 의해서도 선로의 목표 형상을 결정할 수 있는데, 여기서는 일련의 선로 정렬 관련 설계 요소들에 의해 선로 정렬 관련 디자인을 길이와 크기 측면에서 지정한다. 직선 구간 선로의 경우 길이를 지정하는 것으로 충분하며, 전환곡선 및 원형곡선 선로의 경우에는 각각 길이와 곡선의 크기를 지정하여 결정한다. 소위 선로 주요 지점들(track main points)은 특히 전환곡선 및 원형곡선과 더불어 기울기 변화에 대한 서로 다른 선로 정렬 관련 설계 요소들 간의 변화를 나타낸다.

따라서 선로의 수평 위치는 선로 곡률(track curvature)에 따라 직선 구간, 전환곡선, 원형곡선의 순서로 구성되며, 선로의 수직 위치는 수직 곡선 반경을 포함한 기울기 및 경사도 변화를 지정하여 결정된다. 선로의 편경사 구간은 편경사 경사로를 포함한 편경사 시퀀스(superelevation sequence)로 정의된다. 선로 형상을 결정할 때 선로의 편경사 및 정렬(alignment)은 선로 정렬 관련 설계 지침(예: EN 13803)에 따라 조정된다.

소위 정밀 프로세스를 통해 원하는 선로 형상을 고품질로 복원할 수도 있다. 이 방법을 사용하면, 일련의 정의된 선로 정렬 관련 설계 요소들 및 선로 주요 지점들의 측지 위치(geodetic position)를 통해 정확하고 절대적인 선로 형상(설계 형상)을 알 수 있다. 유지 보수 작업 전에, 설정된 기준점들(고정 지점들)을 기준으로 기존의 선로 형상과 선로 위치가 측정된다. 측정 결과를 설계 형상과 비교하여, 검출된 차이 값으로부터 선로 형상의 수정을 위한 리프팅(lifting) 및 라이닝(lining) 값이 결정된다. 이 방법은 매우 정확하며, 특히 최적화 유지 보수가 필요한 고속 선로 라인에 적합하다. 형상 매개변수들은 안정적으로 처리되어야 하며 측지 기준점들의 측정은 정기적으로 완벽하게 수행되어야 한다.

비용상의 이유로 인해 소위 보상 처리 방법(compensation method)은 요구 사항이 비교적 낮은 평면 경로에 사용된다. 이 방법은 임의의 공지된 선로 설계 형상 없이도 수행 가능하다. 예컨대, 선로 탬핑 머신의 측정 시스템(기준 시스템 역할을 수행)을 사용할 수 있으며, 여기서는 선로를 따라 안내되는 측정 트롤리 사이에서 측정 코드(measuring chords)(이동 코드[moving chords])가 신장하도록 구성된다. 예컨대 독일 특허번호 DE 10 2008 062 143 B3 또는 독일 특허공개번호 DE 103 37 976 A1에서 이러한 이동 코드 측정 원리에 대한 다양한 실시예를 발견할 수 있다. 이러한 원리에서, 기존 선로 위치의 오류는 측정 코드의 폭과 측정 트롤리의 종방향 거리 사이의 비율에 따라 감소한다. 4개 지점(4 points) 측정 방법을 사용하여 기존의 상대적인 선로 형상을 추가의 측정 코드로 검출할 수 있다. 오스트리아 특허출원번호 AT 520 795 A1에 이와 관련된 기계 장치 및 방법이 개시되어 있다.

선로의 사전 측정 및 보상 처리 방법에서, 기존의 상대적인 실제 선로 형상은 선로 탬핑 머신 또는 선로 점검 차량의 예비 주행으로 측정한다. 이를 위해 최근의 선로 점검 차량에는 소위 관성 측정 장치(inertial measuring unit, IMU)를 사용한다. 관성 측정 시스템에 대한 내용은 2001년 9월 발간된 독일 기술 저널 제52호(Eisenbahningenieur [52], 9/2001, 6~9페이지)에 설명되어 있다. 또한, 독일 특허번호 DE 10 2008 062 143 B3에서는 선로 위치를 검출하기 위한 관성 측정 원리를 개시한다. 이러한 측정 방법을 기반으로 보상 처리 계산을 수행하며, 이에 의해 이전에 알려지지 않은 목표 형상을 실제 형상을 기반으로 계산한다.

일반적으로 선로의 실제 형상은 일련의 편경사 값뿐만 아니라 수직 곡선 및 종곡선의 형태로 기록된다. 이러한 기록을 기반으로 컴퓨터 유닛은 사전 설정된 선로의 속도 범위와 더불어 변위 및 리프팅 값의 상 하한을 고려하여 방향 보상치를 계산한다. 측정된 수직 곡선을 평활화함으로써 주어진 조건에 대해 가능한 한 이상적인 형상을 획득하도록 구성된다. 보상 처리 계산 과정에서 선로 정렬 관련 설계 요소들 사이의 전환지점들 위치(선로 주요 지점들)를 결정한다.

다음 단계에서는 디지털 필터(digital filter)를 사용하여 측정된 수직곡선 형상으로부터 최종 변위 및 리프팅 값을 계산하며, 이에 의해 선로를 수정함으로써 계산된 수직 곡선 형상을 설정하도록 구성된다. 따라서, 이러한 추가 계산의 결과로 리프팅 및 라이닝 값(수정 값)을 획득함으로써 선로 탬핑 기계에 의해 선로의 형상을 수정하도록 구성된다.

상기와 같은 보상 처리 방법을 반복적으로 사용할 경우 단점이 발생하는데, 즉 선로 주요 지점들은 그들의 원래 위치(원래 정의된 설계 형상에 따른 위치)로부터 점점 멀어지게 된다. 따라서 선로가 노후화될 경우, 보상 처리 방법에 의해 위치를 수정했음에도 불구하고 원래의 설계 형상으로부터의 편차가 점점 증가하는 문제가 발생한다.

일반적으로 선로 주요 지점들의 사소한 위치 변경은 큰 문제가 되지 않으며, 선로의 정렬 관련 설계시 종종 선로 위치의 결정에 충분한 여유 마진을 둔다. 그러나 교량, 터널 또는 건널목과 같은 소위 제한 지점 또는 제약 조건을 가진 지점들에서는 어려움이 발생한다. 왜냐하면, 이러한 지점들에서는 선로의 재배치에 대한 여유 마진이 별로 없기 때문이다. 따라서 종래 기술에 따른 보상 처리 계산시 이러한 지점들의 변위 값을 0으로 설정하는 것이 일반적이다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술에 따른 보상 처리 방법보다 더 높은 품질을 구현할 수 있는 선로의 형상 수정 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이들 목적은 청구항 1에 따른 방법 및 청구항 10에 따른 시스템에 의해 달성된다. 종속항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타낸다.

본 발명에 따른 방법은, 위치 검출 시스템에 의해 선로 구간을 따라 선로의 실제 위치 지점들을 검출하는 단계, 적어도 하나의 실제 위치 지점을 구속 지점으로서 컴퓨터 유닛에 제공하는 단계, 컴퓨터 유닛에 의해 보상 처리 계산을 수행함으로써 목표 형상을 실제 형상에 일련의 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들로 적용하는 한편, 사전 설정된 구속 지점을 통해 배치하는 단계를 포함한다. 계산의 기초는 선로의 실제 형상(상대적인 궤적)이다. 선로 정렬 관련 설계 요소들은 측정된 선로 위치 다이어그램으로 필터링된다. 측정된 실제 위치 지점들(선로 위치 흔적)은 리프팅 및 라이닝 값에 대한 보상 처리 계산에서 두 번째 기준으로 고려된다. 각각의 실제 위치 지점은 공간 기준 시스템의 좌표에 의해 결정된다. 예컨대 측정 실행의 시작점을 원점으로 하는 고정 좌표계가 선택된다. 물론 기타의 다른 좌표계도 지리적 위치 정보의 기준으로 사용할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 방법은 상기 언급된 정밀 프로세스와 달리, 고정된 외부 기준점 및 설계 형상에 대한 기준이 없으며, 선로의 절대적인 사전 측정(측량) 위치도 없다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 상기 언급된 정밀 프로세스에 비해 정확도는 낮을 것으로 예상되지만, 대신 더 간단한 기술적 수단의 사용에 의해 효율적이고 비용 절감 가능한 방식으로 수행될 수 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 방법은 사전 측정을 이용한 공지된 보상 처리 방법에 비해 상당한 품질 향상이 가능하며, 구속 지점에 대한 보정값의 설정도 0으로만 한정되지 않는다. 본 발명에 따르면, 일련의 최적화된 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들이 구속 지점을 거치도록 배치됨으로써, 최종 계산된 목표 형상이 적어도 하나의 사전 설정된 구속 지점에 적용되도록 구성된다.

본 발명의 추가의 실시예에서, 위치가 고정된 선로 지점(track point)을 센서 장치에 의해 자동으로 검출하고, 상기 검출된 고정 선로 지점과 관련된 실제 위치 지점을 사전 설정 장치에 의해 구속 지점으로 사전 설정하도록 구성된다. 이때 센서 장치는 패턴 인식 기능을 갖춘 광학 센서를 포함하며, 이에 의해 예컨대, 건널목이나 교량의 일반적인 구조를 검출하도록 구성된다. 위치가 구조적으로 고정된 선로 지점은 광학 마커 및 기타 수동식 마커 또는 능동식 마커로 표시되며, 이에 의해 센서들에 의해 용이하게 자동 인식될 수 있도록 구성된다.

간단한 변형예에서, 대안적으로 또는 추가로 작업자는 사전 설정 장치를 통해 실제 위치 지점을 구속 지점으로 사전 설정하도록 구성된다. 예컨대, 작업자가 선로 구간을 조사하기 위해 선로 점검 차량에 있다고 가정한다. 작업자가 곡선 분기 교차로, 밸러스트 베드가 없는 교량 또는 단단한 포장도로가 있는 수평 교차로를 검출하는 즉시, 현재 검출된 실제 위치 지점이 구속 지점으로 사전 설정된다. 또한, 할당된 좌표를 구비한 이미지 기록을 기반으로 구속 지점의 후속 결정도 가능하다.

또 다른 개선점은 실제 위치 지점이 GNSS 수신 장치에 의해 GNSS 좌표로 검출된다는 것이다. 사용되는 시스템은 대부분 안전장치이며 충분한 정확도로 결과를 제공한다.

이때 위치 데이터의 정확도를 높이기 위해서는, 필요 시 차동식 GNSS 시스템을 이용하여 실제 위치 지점을 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 선로의 실제 형상은 관성 측정 유닛(inertial measuring unit)에 의해 검출되며, 특히 관성 측정 유닛에 의해 타임 스탬프(time stamp)가 각 측정 날짜에 대한 공통시간 기준으로 사전 설정된다. 관성 측정 유닛은 외부 영향에 대해 매우 견고하며 매우 정확한 데이터를 제공함으로써 현 대상물의 실제 형상을 검출하도록 구성된다. 위치 검출 시스템의 데이터와의 비교를 위해서는, 관성 측정 유닛에 의해 데이터 동기화를 위한 시간 기준을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 추가의 실시예에서, 소정의 평가 장치에 의해 관성 측정 유닛의 측정 데이터로부터 3차원 궤적을 결정하는 한편, 목표 형상과 비교하여 선로의 형상을 수정하기 위한 보정 값을 결정하도록 구성된다. 3차원 궤적 및 목표 형상은 공통 좌표계를 기준으로 하는데, 이는 약간의 컴퓨터 계산으로 보정 값을 결정할 수 있음을 의미한다. 또한, 결정된 3차원 궤적은 선로 수정 이전의 선로 상태를 명확하게 문서화하는 데에도 적합하다.

또한, 선로의 좌측 레일 및 우측 레일에 대해 각각 별도의 3차원 궤적을 결정하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 특히 선로의 편경사 오류 또는 각 레일의 상이한 침하 상태에 따른 개별 오류들을 용이하게 기록할 수 있다. 그런 다음 이러한 특수 기능들을 고려하여, 예컨대 개별 오류들을 보상 처리함으로써 목표 형상을 계산하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 검출된 선로 구간의 필터링되지 않은 측정 데이터를 관성 측정 유닛에 의해 평가 장치로 출력하고, 시뮬레이션 장치에 의해 동일한 선로 구간의 가상 관성 측정값을 목표 형상으로 시뮬레이션함으로써, 타겟 형상을 가정한 모의 측정 데이터를 획득하며, 관성 측정 유닛의 필터링되지 않은 측정 데이터로부터 모의 측정 데이터를 추출함으로써 선로의 형상을 수정하기 위한 보정 값을 결정하도록 구성된다. 관성 측정 유닛의 사용시, 특히 곡선 주행시, 필터링되지 않은 측정 데이터에 아티팩트(artefacts)가 발생할 수 있다. 이러한 아티팩트는 사용된 관성 측정 방법의 특정 기능으로 인해 발생하며, 동일한 관성 측정 방법을 가상 형태의 목표 형상에 적용할 경우, 동일한 아티팩트가 발생한다. 이때 필터링되지 않은 측정 데이터를 순차적으로 추출하여 보정 값을 결정함으로써 아티팩트를 서로 상쇄하도록 구성된다. 이로 인해 때때로 시간이 오래 걸리는 측정 데이터에 대한 디지털 필터링 작업이 필요하지 않게 되므로, 컴퓨터에 필요한 전체 처리 용량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 추가의 실시예에서, 작업 구간의 시작점과 종점 사이에 있지 않은 적어도 하나의 검출된 실제 위치 지점을 보상 처리 계산을 위한 구속 지점으로 결정함으로써 위치를 수정하도록 구성된다. 또한, 현재 작업 구간에서 결정된 목표 형상에 의해 인접한 선로 구간의 향후 선로 수정 치에 대한 품질도 향상시키도록 구성된다. 따라서 현재 작업 구간을 넘어선 선로 구간의 유지 관리도 가능하도록 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 언급된 방법 중 어느 하나를 구현하는 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 선로 구간을 주행하는 선로 점검 차량을 포함하고, 선로의 실제 형상을 검출하기 위한 측정 시스템을 포함하며, 실제 형상에 기초하여 목표 형상을 계산하는 컴퓨터 유닛을 포함하고, 선로 점검 차량은 선로 구간을 따라 실제 위치 지점을 검출하기 위한 위치 검출 시스템을 포함하며, 컴퓨터 유닛에 장착된 사전 설정 장치를 포함하고 - 이에 의해 적어도 하나의 실제 위치 지점을 구속 지점으로 결정하도록 구성됨 -, 컴퓨터 유닛에 설정된 알고리즘 - 이에 의해 목표 형상을 실제 형상에 일련의 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들로 적용시키는 한편, 이들을 적어도 하나의 구속 지점에 배치함 - 을 포함한다. 이러한 방식으로 시스템의 구성 요소들이 서로 상호 작용하여 실제 형상과 실제 위치 지점을 검출하는 한편 이를 기반으로 선로의 형상을 수정하기 위한 목표 형상을 도출하도록 구성된다.

본 발명의 추가의 실시예에서, 선로 점검 차량은 위치가 고정된 선로 지점을 자동 검출하기 위한 센서 장치를 포함하며, 이러한 센서 장치는 사전 설정 장치에 연결됨으로써 선로 지점과 관련된 실제 위치 지점을 구속 지점으로 설정하도록 구성된다. 센서 장치는 예컨대, 상이한 디자인으로 구성된 다수의 결합 센서를 포함하며, 이에 의해 선로의 물리적 대상물을 검출하고 분류하도록 구성된다. 본 발명과 동일한 출원인의 오스트리아 특허출원번호 AT 518 692 A1에 이러한 방법이 기재되어 있다. 대상물이 구조적으로 고정된 선로 지점(다리, 건널목 등)으로 분류되는 즉시, 사전 설정 장치에 의해 해당 실제 위치 지점이 구속 지점으로 지정되도록 구성된다. 대안적으로 또는 추가로, 선로 점검 차량에 배치된 센서들과 대응하는 센서 마커들(sensor markers)이 이러한 선로 지점들에 배치될 수 있다.

간단한 변형예에서, 사전 설정 장치는 작동 유닛을 포함하며, 이에 의해 작업자에 의해 실제 위치 지점을 구속 지점으로 설정할 수 있도록 구성된다. 예컨대, 작동 유닛은 제어 부재를 포함하며, 이에 의해 구동시, 현재 검출된 실제 위치 지점을 구속 지점으로 사전 설정하도록 구성된다.

바람직하게는 위치 검출 시스템은 특히 위치 측정 장치에 결합되는 GNSS 수신 장치를 포함함으로써 선로와 관련된 GNSS 수신 장치의 위치를 결정하도록 구성된다. 또한, 이에 의해 실제 위치 지점을 측지 기준 시스템에서 충분한 정확도로 명확하게 결정할 수 있도록 구성된다.

또한, 측정 시스템은 관성 측정 유닛, 및 선로에 대한 관성 측정 유닛의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 측정 시스템은 비접촉 방식으로 실제 형상을 기록하므로 고속의 측정 수행이 가능하도록 구성된다. 또한, GNSS 수신 장치도 측정 결과를 실시간으로 제공하므로, 전체 시스템의 전반적인 작업 속도도 매우 빠르다.

상기 시스템은 선로의 형상 수정을 위해 보정 값을 계산하도록 구성된 평가 장치, 및 보정 값을 처리하도록 구성된 선로 유지 보수 기계의 제어 장치를 더 포함하며, 이에 따라 선로를 리프팅/라이닝 유닛의 제어 장치에 의해 사전 설정된 형상으로 배치하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 시스템은 실제 형상을 검출하고 이를 기반으로 선로 형상의 수정을 수행하기 위한 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 상기 종래 기술에 따른 보상 처리 방법보다 더 높은 품질을 구현할 수 있는 선로의 형상 수정 방법 및 시스템이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 예로서 설명한다.
도 1은 선로 점검 차량이 선로 위에 배치된 상태를 도시한다.
도 2는 작업 구간과 측정 구간의 위치도를 도시한다.
도 3은 보정 값 결정을 위한 블록도를 도시한다.
도 4는 공간 좌표에 따른 선로 구간을 도시한다.
도 5는 전환곡선을 구비한 곡선 선로 및 직선 선로를 도시한다.
도 6은 실제 형상과 목표 형상을 구비한 선로 구간의 위치도를 도시한다,

도 1은 차량 프레임(2)을 구비한 선로 점검 차량(1)을 도시하며, 차량 프레임(2) 상에는 철도 차량 본체(3)가 장착된다. 선로 점검 차량(1)은 레일 기반 구동 기어(4)에 의해 선로(5)에서 이동 가능하도록 구성된다. 본 도면에서는 이해를 돕기 위해, 철도 차량 본체(3) 및 차량 프레임(2)이 레일 기반 구동 기어(4)로부터 상승된 위치에 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 선로 점검 차량(1)은 선로 유지 보수 기계, 특히 탬핑 머신(tamping machine)으로 제공될 수도 있다. 이 경우 한 대의 기계만으로 선로(5)의 측량 및 수정이 모두 가능하도록 구성된다.

레일 기반 구동 기어(4)는 대차(bogie)로 제공되는 것이 바람직하다. 측정 프레임(6)이 대차의 바퀴 차축(wheel axle)에 연결됨으로써, 바퀴의 모든 이동이 스프링 작용 없이 측정 프레임(6)으로 전달되도록 구성된다. 따라서 측정 프레임(6)은 선로(5)에 대해 측 방향 이동 또는 왕복 이동만 가능하도록 구성된다. 이러한 이동은 측정 프레임(6)에 배치된 위치 측정 장치(7)에 의해 검출되며, 이들은 예컨대 라이트 센서(light section sensor)로 제공된다.

위치 측정 장치(7)는 측정 프레임(6)에 장착된 측정 시스템(8)의 구성요소로서 관성 측정 유닛(9)을 포함한다. 측정 실행 시, 궤적(10)의 측정 데이터가 관성 측정 유닛(9)에 의해 기록되며, 위치 측정 장치(7)로부터 수령된 데이터에 의해 선로(5)에 대한 관성 측정 유닛(9)의 상대적인 이동이 보상 처리되도록 구성된다. 이러한 방식으로 선로(5)의 실제 형상(I)이 검출된다. 또한, 위치 측정 장치(7)의 측정 데이터에 의해, 관성 측정 유닛(9)의 측정 데이터도 선로(5)의 각 레일(11)로 전환될 수 있도록 구성된다. 그 결과 각 레일(11)에 대한 소정의 궤적(10)이 완성된다.

선로 점검 차량(1)은 위치 검출 시스템(12)을 더 포함하며, 이에 의해 선로 점검 차량(1)의 현재 위치를 검출할 수 있도록 구성된다. 또한, 선로 점검 차량(1)의 선로(5)와 관련된 공지된 위치로 인해, 현재 주행하는 선로 지점의 위치도 검출 가능하도록 구성된다. 예컨대, 위치 검출 시스템(12)은 캐리어(13)를 통해 차량 프레임(2)에 견고하게 연결된 GNSS 수신 장치를 포함한다. GNSS 수신 장치는 상호 나란히 배치된 다수의 GNSS 안테나들(14)을 포함하며, 이에 의해 선로 점검 차량(1)의 GNSS 위치를 정확하게 검출하도록 구성된다. 선로(5)와 관련된 차량 프레임(2)의 왕복 이동을 기록하기 위해, 추가의 위치 측정 장치들(7)이 차량 프레임(2)에 배치된다. 이 경우에도 라이트 센서가 사용된다. 본 발명에 개시된 간단한 실시예의 경우, 하나의 GNSS 안테나(14)만 제공되면 충분하다. 이러한 방식으로, 선로(5)의 실제 위치 지점들(15) 또는 선로(16)의 공통 중심선을 지속적으로 검출하도록 구성된다.

대안적인 위치 검출 시스템(12)(도시되지 않음)은 실시간 위치 파악을 위한 무선 기반 측정 시스템을 포함한다. 이러한 시스템에서는 다수의 송신기 모듈이 선로 점검 차량(1)에 부착된다. 선로 라인 옆에 위치한 기준 스테이션들(reference station)은 응답기를 포함한다. 송신기 모듈과 응답기 사이의 지속적인 거리 측정을 통해, 선로 점검 차량(1)의 위치 및 현재 주행 중인 선로 지점의 최종 위치가 기준 스테이션들과 관련하여 결정될 수 있도록 구성된다. 기준 스테이션들은 선로(5)의 원래 설계 형상을 참조하지 않으며, 위치를 결정하는 데에만 사용된다.

또한, 선로 점검 차량(1)은 센서 장치(17)를 포함하며, 이에 의해 위치가 구조적으로 고정된 선로 지점(18, 19)을 자동으로 검출하도록 구성된다(도 2 참조). 바람직하게는, 센서 장치(17)는 다수의 센서(20, 21, 22)를 포함하며, 이들의 데이터가 함께 평가되도록 구성된다. 예컨대, 비디오 카메라(20), 회전 레이저 스캐너(21) 및 적외선 조명(22)을 구비한 적외선 카메라가 사용된다. 센서 장치(17)는 사전 설정 장치(23)와 결합함으로써, 고정 선로 지점(18, 19)과 관련된 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로 설정하도록 구성된다. 센서 장치(17)에 대한 대안으로서 또는 그에 추가하여, 사전 설정 장치(23)는 작동 유닛(25)을 포함할 수 있다. 작업자는 작동 유닛(25)을 통해 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로 사전 설정할 수 있다.

도 2는 선로 점검 차량(1)이 주행하는 선로(5)를 도시한다. 쇄선으로 표시된 윤곽선은 선로 구간(26)의 영역을 나타내며, 여기서는 선로(5)의 실제 형상(I) 및 실제 위치 지점(15)이 검출된다. 점선으로 표시된 윤곽선은 추후에 수정되는 선로(5)의 작업 구간(27)의 영역을 나타낸다. 작업 구간(27)은 측정된 선로 구간(26)보다 길이가 짧으며, 시작점(28)과 종점(29)에 의해 경계가 지정된다.

도시된 선로 구간(26)에는 2개의 선로 지점(18, 19)이 제공되며, 이들의 위치는 구조적으로 고정된다. 예컨대, 이들은 단단한 포장도로로 구성된 수평 교차로(18) 및 밸러스트 베드가 없는 교량(19)으로 제공된다. 교량(19)은 작업 구간(27)의 외부에 위치한다. 측정이 진행되는 동안, 이러한 선로 지점(18, 19)에 할당된 실제 위치 지점들(15)이 구속 지점(24)으로 결정된다.

도시된 예에서, 고정 좌표계(XYZ)는 측정 결과를 지리적으로 참조하기 위해 사용되며, 좌표계의 원점이 측정 실행의 시작점으로 제공된다. 또한, X축은 북쪽, Y축은 동쪽, Z축은 아래쪽을 가리킨다. 측정이 진행되는 동안, 타임 스탬프(time stamp)와 더불어 거리(s)가 추가로 기록되며, 이들은 다른 시스템(8, 12, 17)의 측정 결과와 동기화하는 데 사용될 수 있다.

선로 구간(26)을 따라 선로 주요 지점들(30)이 배치된다. 이러한 선로 주요 지점들(30)은 각각 직선(31)과 전환곡선(32) 사이 및 전환곡선(32)과 원형곡선(33) 사이의 경계를 표시한다. 직선(31), 전환곡선(32), 원형곡선(33)(완곡선)을 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들로 정의한다.

도 3의 블록도는 본 발명에 따른 선로의 형상을 수정하는 방법에 대한 개별 단계들을 예시한다. 먼저, 사전 측정 단계(34)를 수행하여 선로(5)의 상대적인 실제 형상(I) 및 GNSS 위치(P)를 검출한다. 관성 측정 유닛(9)의 측정 데이터 및 검출된 실제 위치 지점들(15)에 대한 좌표 데이터가 최종적으로 사용될 수 있다.

이어서, 컴퓨터 유닛(36)에 설정된 최적화 알고리즘에 의해 보상 처리 계산 단계(35)를 수행한다. 구체적으로, 선로 형상 결함을 제거하도록 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들(31, 32, 33)을 정렬하여 실제 형상(I)에 기초한 선로 형상을 형성함으로써 선로 형상 최적화 단계(37)를 수행한다. 이러한 최적화 단계(37)는 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들(31, 32, 33)의 정렬 및 치수 지정에 의해 선로 위치 최적화 단계(38)에 따라 발생하며, 이에 의해 선로(5)의 최종 목표 형상(S)을 사전 결정된 구속 지점(24)을 통해 배치하도록 구성된다.

이러한 최적화 단계(37, 38)의 경계 조건은 작업 구간(27)의 경계에 배치된 연결점들에 의해 형성된다. 구체적으로, 목표 형상(S)은 작업 구간의 시작점(28)과 종점(29)을 통해 배치되어야 한다. 또한, 목표 형상(S)은 이러한 지점(28, 29)에서 작업되지 않은 선로(5)에 접선으로 배치되어야 한다. 예컨대, 최적화 알고리즘을 사용하여 목표 형상(S)과 실제 형상(I) 사이의 편차를 기존 제약 조건하의 목적 함수(최소 제곱법)로 최적화하도록 구성된다.

이와 같이 사전 설정된 목표 형상(S)에 의해, 다음 단계에서 보정 값 계산 단계(39)가 수행된다. 제1 변형예에서, 이러한 계산은 관성 측정 유닛(9)의 측정 데이터로부터 유도되는 3차원 궤적(10)에 의해 수행된다. 선로(5)의 실제 형상(I)은 궤적(10)의 좌표로부터 직접 유도됨으로써, 목표 형상(S)과의 비교에 의해 보정 값이 직접 결정될 수 있도록 구성된다. 이들은 일반적으로 선로 패널의 측면 변위 값(라이닝 값) 및 상하 변위 값(리프팅 값)이다. 바람직하게는 각각의 레일(11)에 대해 개별 리프팅 값이 사전 설정됨으로써, 예컨대 개별 결함을 보상 처리하거나 편경사도를 조정하도록 구성된다. 교정 값은 평가 장치(40)에 의해 결정되며, 선로(5)의 실제 형상(I) 및 목표 형상(S)의 값과 함께 제공된다.

제2 변형예에서, 관성 측정 유닛(9)의 필터링되지 않은 측정 데이터가 사용된다. 이에 의해 보정 값 계산(39)을 위한 궤적(10) 좌표의 식별 필요성을 제거한다. 대신에, 평가 장치(38)는 시뮬레이션을 수행하여 관성 측정 결과를 시뮬레이션한다. 실제 관성 측정 유닛(9)에 의한 선로 구간(26)의 실제 측정에 기초하여, 계산된 목표 형상(S)에 의해 동일한 선로 구간(26)의 가상 측정이 수행된다. 이를 위해 가상 관성 측정 유닛이 사용된다. 실제 및 가상 측정 유닛은 동일한 관성 측정 방법을 사용한다. 아티팩트는 실제 측정과 가상 측정 방법 모두에서 발생한다. 실제 형상(I)과 목표 형상(S)의 측정 데이터를 추출함으로써 이러한 아티팩트들을 서로 상쇄하도록 구성된다. 그 결과, 대응하는 선로 구간(26)에 대한 보정 값이 얻어진다.

상기 보정 값은 탬핑 머신의 리프팅/라이닝 유닛의 제어장치에 제공된다. 또한, 탬핑 머신은 본원에 기술된 선로 점검 차량(1)으로도 동시에 제공될 수 있다. 사전 측정 후 탬핑 머신에 의해 선로(5)를 이동시킴으로써, 선로의 형상을 수정한다. 사전 설정된 보정 값에 따라, 선로 패널을 리프팅/라이닝 유닛을 통해 원하는 위치에 배치하는 한편, 탬핑 유닛을 통해 제자리에 고정하도록 구성된다. 탬핑 머신에 장착된 코드 기반 측정 시스템을 사용하여 선로 형상을 확인한다. 바람직하게는, 탬핑 머신의 소위, 선로 형상 안내 컴퓨터(ALC, 자동 안내 컴퓨터라고도 함)는 컴퓨터 유닛(36) 및 평가 장치(40)를 포함한다. 안내 컴퓨터는 보정 값을 결정하는 한편 탬핑 머신을 제어하기 위한 중앙 처리 장치의 역할을 한다.

도 4의 상단 2개 도면은 곡률 다이어그램 및 편경사 다이어그램을 각각 나타낸다. 이들 다이어그램의 가로 좌표에는 거리(s)가 표시된다. 곡률 다이어그램의 세로 좌표는 현재 곡률 또는 정렬도(r)를 나타내며 거리(s)의 위쪽에 도시된다. 편경사 다이어그램의 세로 좌표는 편경사 또는 레벨(h)을 나타내며 거리(s)의 위쪽에 도시된다.

도 4의 하단 1개 도면은 선로 구간(26)의 관련 위치 다이어그램을 나타내며, X 좌표와 Y 좌표를 갖는 고정 좌표계(XYZ)로 표시된다. 도시된 선로 구간은 직선(31)에서 시작하여 후속 원형곡선(33)(완전 곡선)에서 곡률이 일정하게 유지될 때까지 곡률이 증가하는 전환곡선(32)으로 변경된다.

상기 다이어그램들에서 측정된 실제 형상(I)은 점선으로 표시된다. 도면을 참조하면, 목표 형상(S)을 결정하기 위한 선로 주요 지점들(30)의 명확한 위치가 없다는 것을 명백히 확인할 수 있다. 도면에는 상이한 길이를 갖는 전환곡선(32)에 의해 상이한 목표 형상(S)을 초래하는 2개의 변형예가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 방법은 이러한 유연성을 사용하여 일련의 최적화된 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들을 구현한다.

도 5는 각각 곡률, 편경사 및 위치 다이어그램을 도시한다. 여기에서 실선은 각각 본 발명에 따른 방법을 사용하여 결정된 목표 형상(S)을 나타낸다. 이때 고정 선로 지점(19)(예: 다리)에 할당된 실제 위치 지점(15)이 구속 지점(24)으로 사전 설정된다. 결정된 실제 형상(I) 및 사전 설정된 구속 지점(24)에 기초하여, 목표 형상(S)이 실제 형상(I)의 일련의 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들로 채택됨으로써 구속 지점(24)이 목표 형상(S)의 라인에 배치되도록 구성된다. 이에 의해 선로 주요 지점들(30)에 대한 올바른 위치를 마킹 표시한다. 도 5의 하단의 위치 다이어그램에서는 두 가지 예가 점선으로 표시되어 있는데, 여기서는 기존 보상 처리 방법에 따른 가능한 목표 형상을 도시한다. 선로 주요 지점들(30)은 회색 사선으로 표시된 결함 범위(41) 내에서 올바른 위치를 벗어나도록 구성된다. 작은 실수라도 최종 위치 다이어그램에 큰 영향을 미칠 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 작업 구간 외부에 사전 설정된 구속 지점(24)도 작업 구간(27)의 목표 형상(S)에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 도 6은 선로 점검 차량(1)에 의해 사전 측정이 수행된 선로 구간(26)의 위치 다이어그램을 도시하며, 여기서 검출된 실제 형상(I)은 가는 실선으로 표시되고, 기존 보상 처리 방법에 따라 수정 가능한 목표 형상은 점선으로 표시된다. 여기에서 실제 형상(I)은 단순하고 부드러운 형상으로 구성되어 있으며, 마킹 표시된 구속 지점(24)이 고정 선로 지점(18)(예: 수평 교차점)에서 누락된 것을 분명히 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 목표 형상(S)의 계산에는 구속 지점(24)의 좌표가 포함된다. 그 결과 실선으로 표시된 일련의 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들이 생성된다. 또한, 선로 주요 지점들(30)은 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들의 경계를 나타낸다. 도시된 예에서, 기존 보상 처리 방법에 따라 수정된 선로(5)는 전환곡선(32)에 의해 미작업 선로로 연결된다.

본 발명에 따른 방법에서, 상기 포함된 구속 지점(24)으로 인해 선로(5)는 현 지점에서 더 긴 직선(31)으로 계속된다. 선로(5)의 연결 각도와 위치 좌표는 작업 구간의 종점(29)에서 동일하게 유지된다. 이러한 방식으로 추후에 선로의 코스를 추가로 수정하는 경우 최적의 결과를 얻을 수 있다. 도 6에서 선로(5)의 코스는 설명된 효과를 극대화하기 위해 크게 과장되게 도시되어 있다.

Claims (15)

1. 선로(5)의 목표 형상 설정에 의해 선로(5)의 형상을 수정하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
   측정 시스템(8)에 의해 선로 구간(26)에서 선로(5)의 실제 형상(I)을 검출하는 단계 및 컴퓨터 유닛(36)에 의해 실제 형상(I)에 기초하여 목표 형상(S)의 계산을 수행하는 단계를 포함하고,
   이때 위치 검출 시스템(13)에 의해 선로 구간(26)을 따라 선로(5)의 실제 위치 지점(15)을 검출하며, 적어도 하나의 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로서 컴퓨터 유닛(36)에 제공하고, 컴퓨터 유닛(36)에 의해 목표 형상(S)을 계산함으로써, 목표 형상(S)이 실제 형상(I)에 일련의 선로 형상 정렬 관련 설계 요소들(31, 32, 33)로 적용되는 한편 사전 설정된 구속 지점(24)을 통해 배치되는 것을 특징으로 하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   센서 장치(17)에 의해 위치가 고정된 선로 지점들(18, 19)을 자동으로 검출하고, 사전 설정 장치(23)에 의해 검출된 고정 선로 지점들(18, 19)과 관련된 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로 사전 설정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   사전 설정 장치(23)에 의해 작업자가 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로 사전 설정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   GNSS 수신 장치에 의해 실제 위치 지점(15)을 GNSS 좌표로 검출하는 것을 특징으로 하는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   차동식 GNSS 시스템에 의해 실제 위치 지점(15)의 검출을 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   관성 측정 유닛(9)에 의해 선로(5)의 실제 형상(I)을 검출하고, 관성 측정 유닛(9)에 의해 타임 스탬프(time stamp)를 각각의 측정 날짜에 대한 공통 시간기준으로 사전 설정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제6항에 있어서,
   평가 장치(40)의 관성 측정 유닛(9)의 측정데이터로부터 3차원 궤적(10)을 결정하고, 목표 형상(S)과의 비교에 의해 보정 값을 결정함으로써 선로(5)의 형상을 수정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
8. 제6항에 있어서,
   관성 측정 유닛(9)에 의해 검출된 선로 구간(26)의 필터링되지 않은 측정 데이터를 평가 장치(40)로 출력하고, 시뮬레이션 장치에 의해 동일한 선로 구간(26)의 가상 관성 측정을 목표 형상(S)으로 시뮬레이션함으로써 목표 형상(S)을 가정한 모의 측정 데이터를 획득하며, 관성 측정 유닛(9)의 필터링되지 않은 측정 데이터로부터 모의 측정 데이터를 추출함으로써 선로(5)의 형상을 수정하기 위한 보정 값을 결정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   작업 구간(27)의 시작점(28)과 종점(29) 사이에 있지 않은 적어도 하나의 검출된 실제 위치 지점(15)을 보상 처리 계산(35)을 위한 구속 지점(24)으로 결정하여 위치를 수정하는 것을 특징으로 하는, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은 선로 구간(26)을 주행하기 위한 선로 점검 차량(1)을 포함하고, 선로 점검 차량(1)은 선로(5)의 실제 형상(I)을 검출하기 위한 측정 시스템(8), 및 실제 형상(I)에 기초하여 목표 형상(S)을 계산하는 컴퓨터 유닛(36)을 포함하며, 선로 점검 차량(1)은 선로 구간(26)을 따라 실제 위치 지점들(15)을 검출하기 위한 위치 검출 시스템(12)을 포함하고, 사전 설정 장치(23)가 컴퓨터 유닛(36)에 대해 배치됨으로써 적어도 하나의 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로 결정하며, 목표 형상(S)을 실제 형상(I)에 일련의 선로 형상 정렬 설계 요소들(31, 32, 33)로 적용시키는 한편, 이를 적어도 하나의 구속 지점(24)을 통해 배치하는 알고리즘이 컴퓨터 유닛(36)에 설정되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    선로 점검 차량(1)은 위치가 고정된 선로 지점(18, 19)의 자동 검출을 위한 센서 장치(17)를 포함하고, 센서 장치(17)는 사전 설정 장치(23)에 연결됨으로써 선로 지점(18, 19)과 관련된 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    사전 설정 장치(23)는 작동 유닛(25)을 포함하고, 이에 의해 작업자가 실제 위치 지점(15)을 구속 지점(24)으로 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    위치 검출 시스템(12)은 GNSS 수신 장치를 포함하고, GNSS 수신 장치는 위치 측정 장치(7)와 결합함으로써 선로(5)와 관련된 GNSS 수신 장치의 위치를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 시스템(8)은 관성 측정 유닛(9), 및 선로(5)와 관련된 관성 측정 유닛(9)의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 장치(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    평가 장치(40)가 보정 값을 계산하여 선로(5)의 형상을 수정하고, 선로 유지 보수 기계의 제어 장치가 보정 값을 처리함으로써 리프팅/라이닝 유닛의 제어 장치에 의해 선로를 사전 설정된 목표 형상에 배치하는 것을 특징으로 하는, 시스템.

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