KR20230110059A - Railway safety monitoring system based on DAS - Google Patents

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KR20230110059A
KR20230110059A KR1020220006096A KR20220006096A KR20230110059A KR 20230110059 A KR20230110059 A KR 20230110059A KR 1020220006096 A KR1020220006096 A KR 1020220006096A KR 20220006096 A KR20220006096 A KR 20220006096A KR 20230110059 A KR20230110059 A KR 20230110059A
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기송도
김영신
최지원
권준혁
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주식회사 에니트
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Abstract

본 발명은 다스 즉 분산음향감지를 통해 철도의 운행 상태 및 철로의 안전 상태를 모니터링할 수 있는 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다스기반 철도안전 모니터링 시스템은 열차에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출하는 신호발생유닛, 상기 신호발생유닛에서 송출된 고유 주파수의 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하도록 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서, 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하며 상기 음향신호에 포함된 음향정보를 전달하는 신호중계유닛 및 상기 신호중계유닛을 통해 중계된 음향신호를 분석하여 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 철도모니터링유닛을 구비한다.
The present invention relates to a DAS-based railroad safety monitoring system capable of monitoring the operating state of a railroad and the safety state of a railroad through DAS, that is, distributed acoustic sensing.
The DAS-based railway safety monitoring system of the present invention includes a signal generating unit provided in a train and transmitting an acoustic signal having a unique frequency, period, pattern, or combination thereof for each train, a distributed acoustic optical sensor installed adjacent to the railroad to transmit an optical signal backscattered in response to an acoustic signal of a natural frequency transmitted from the signal generating unit, a signal relay unit receiving an optical signal from the distributed acoustic optical sensor and transmitting acoustic information included in the acoustic signal, and relaying through the signal relay unit It is provided with a railroad monitoring unit that analyzes sound signals and monitors the condition of railroads, trains, or a combination thereof.

Description

다스 기반 철도안전 모니터링 시스템 {Railway safety monitoring system based on DAS}Railroad safety monitoring system based on DAS}

본 발명은 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다스 즉 분산음향감지를 통해 철도의 운행 상태 및 철로의 안전 상태를 모니터링할 수 있는 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a DAS-based railroad safety monitoring system, and more particularly, to a DAS-based railroad safety monitoring system capable of monitoring the operating state of a railroad and the safety state of a railroad through DAS, that is, distributed acoustic sensing.

최근 철로의 직선화를 위해 터널이나 다리가 많이 건설되고 있으며, 이로 인해서 터널이 장대화되고 철로는 직선화되고 있으며, 그 결과 열차가 점점 고속화되고 있는 추세이다. 따라서 열차관련 사고가 발생하면 대형사고로 이어질 수 있어, 사고에 대한 대처가 어렵고 인명 등 피해가 증가할 수 있다. 이러한 대형사고를 미연에 방지하기 위해 미래의 철도 시스템의 근간이 되는 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템을 개발하고 있다. Recently, a lot of tunnels and bridges are being built to straighten railroad tracks, and as a result, tunnels are becoming longer and railroads are being straightened, and as a result, trains are becoming increasingly faster. Therefore, if a train-related accident occurs, it may lead to a large-scale accident, making it difficult to cope with the accident and increasing damage such as human life. In order to prevent such large-scale accidents in advance, we are developing a DAS-based railway safety monitoring system that will be the basis of future railway systems.

특히 사막, 산악지역, 열대우림 등 사람이 접근하기 힘든 구간, 터널 구간 등에는 이러한 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템의 필요성이 더욱 크다.In particular, the need for such a DAS-based railway safety monitoring system is greater in sections that are difficult for people to access, such as deserts, mountainous regions, and tropical rain forests, as well as in tunnel sections.

종래에는 아웃도어 위치 추적 시스템으로 GPS(Global Positioning System)가 많이 사용되고 있으나, GPS의 경우는 터널 내에서는 전파가 감지되지 않아 별도로 외부와 연결되는 안테나를 설치하지 않는 한 제대로 동작하지 못하는 단점이 있다. 특히 터널이 장대화되면서 GPS의 사각 지역이 더욱 확대되고 있는 상황이다. 장대화된 터널내의 사고는 큰 재난으로 발전할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 수단이 점차 더 중요해지고 있다.Conventionally, GPS (Global Positioning System) is widely used as an outdoor positioning system, but in the case of GPS, radio waves are not detected in a tunnel, so it does not operate properly unless a separate antenna connected to the outside is installed. In particular, as tunnels become longer, GPS blind spots are further expanding. Since an accident in an extended tunnel can develop into a major disaster, measures to prevent it are becoming more and more important.

한편 다스(DAS: Distributed Acoustic Sensing)라고 하는 분산음향감지 기술이 최근 안전진단, 안전관리 분야에서 많이 활용되고 있다. Meanwhile, distributed acoustic sensing technology called DAS (Distributed Acoustic Sensing) has recently been widely used in safety diagnosis and safety management fields.

다스는 센싱케이블 파이버에 빛의 펄스가 입사된 후, 아주 미세한 단위의 선형 방식의 빛이 반사되어 옴으로 음향 현상에 대해서 지속적인 감지가 가능하다. 또한 광 펄스의 폭에 따라서 폭의 모양이 상대적으로 좁거나, 넓게 반사된느 빛의 신호들이 반향을 일으키는 현상을 발생하는데, 어떤 종류의 소음이나 외부의 물리적인 자극 현상 발생시, 반사 부분의 위치가 변동되는 원리를 이용한다. After a pulse of light is incident on the sensing cable fiber, DAS can continuously detect acoustic phenomena by reflecting the light in a linear manner in very fine units. In addition, depending on the width of the light pulse, light signals that are relatively narrow or widely reflected in the shape of the width generate an echo, and when some kind of noise or external physical stimulation occurs, the position of the reflection part changes. It is used.

현재 분산음향광센서를 철로 변에 포설하여 열차가 운행할 때 발생하는 음향을 중앙 관제 센터에서 실시간으로 수집 및 분석하여 열차 추적을 수행하는 열차 추적 및 제어 시스템이 개발되어 있다. 보통 열차 추적은 열차 간 지켜야 할 간격 제어를 위해 필요하다. 또한 열차를 추적하는 기능과 더불어 열차 바퀴에서 정상적으로 나는 소리 및 철로의 파손으로 인한 소리 등에 대한 음향 수집과 학습 및 분석을 통해 문제점을 발견하고 적절한 조치를 취하게 하는 것이 필요하다.Currently, a train tracking and control system has been developed that performs train tracking by collecting and analyzing sounds generated when trains are operating in real time at a central control center by installing distributed acoustic optical sensors along the railroad tracks. Ordinary train tracking is necessary to control the intervals to be observed between trains. In addition, along with the function of tracking trains, it is necessary to find problems and take appropriate measures through sound collection, learning, and analysis of normal sounds from train wheels and sounds caused by damage to railroad tracks.

기존의 분산음향광센서를 이용한 열차 추적 및 제어 시스템은 광범위하게 설치된 광선로로 음향 데이터의 특징을 반영한 광신호를 수집하고, 상기 수집된 음향 데이터의 특징을 분석하여 현장의 상태를 판단한다. 또한 정확한 상태 분석을 위해서 학습 등 여러 가지 고도의 기법을 적용하지만 물체를 정확하게 구분하는데 어려움이 많은 것으로 알려져 있다. 따라서 상당한 많은 경우에 오탐지를 방지하기 위해 풍향계 등 여러 가지 보조 수단을 사용하는 경우도 있지만, 여전히 완전하게 해결하기는 어려운 실정이고, 비교적 간단하게 효율적으로 이 문제를 해결할 방법이 필요한 실정이다.Existing train tracking and control systems using distributed acoustic optical sensors collect optical signals reflecting the characteristics of acoustic data through widely installed optical lines, and analyze the characteristics of the collected acoustic data to determine the state of the site. In addition, various advanced techniques such as learning are applied for accurate state analysis, but it is known that it is difficult to accurately classify objects. Therefore, in a considerable number of cases, various auxiliary means such as wind vane are used to prevent false detection, but it is still difficult to completely solve the problem, and a relatively simple and efficient method for solving this problem is required.

그러나 열차의 경우는 음향이 워낙 강하고 특히 레일 구간이 어느 정도 폐쇄된 구간이고 특화된 구간이기 때문에 열차를 구분하기는 그리 어렵지 않다. 그러나 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있으며, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에는 오탐지의 우려가 여전히 존재한다는 문제점이 있다.However, in the case of trains, the sound is so strong that it is not difficult to distinguish trains, especially since the rail section is a somewhat closed section and a specialized section. However, there is a problem in that there is still a risk of false detection when trains cross each other or when the surroundings are open and complex sounds are introduced from the surroundings.

미국공개특허 제2015-0000415 A1호: 열차 분리 감지 (2015.01.01.)US Patent Publication No. 2015-0000415 A1: Train separation detection (2015.01.01.) 미국등록특허 제9580092 B2호 : 철도 시스템에서 궤도차량을 작동시키기 위한 방법 (2017.02.28.)US Patent No. 9580092 B2: Method for operating a tracked vehicle in a railway system (2017.02.28.)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 다스를 이용해 기차의 제동이상, 고장 발생, 철로의 이상 여부를 포함해 철도안전과 관련한 요소들을 모니터링할 수 있는 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a DAS-based railroad safety monitoring system capable of monitoring elements related to railroad safety, including braking abnormalities of trains, occurrence of breakdowns, and railroad abnormalities using DAS.

본 발명은 분산음향센서를 이용해 열차로부터 발생하는 신호를 수신하고 분석하여 철도안전을 모니터링하는 다스기반 철도안전 모니터링 시스템에 있어서, 열차에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출하는 신호발생유닛, 상기 신호발생유닛에서 송출된 고유 주파수의 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하도록 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서, 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하며 상기 음향신호에 포함된 음향정보를 전달하는 신호중계유닛 및 상기 신호중계유닛을 통해 중계된 음향신호를 분석하여 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 철도모니터링유닛을 구비한다.The present invention is a DAS-based railway safety monitoring system that monitors railroad safety by receiving and analyzing signals generated from trains using distributed acoustic sensors, wherein a signal generating unit is provided in a train and transmits an acoustic signal having a unique frequency, period, pattern, or combination thereof for each train, a distributed acoustic optical sensor installed adjacent to the railroad to transmit a backscattered optical signal in response to an acoustic signal of a natural frequency transmitted from the signal generating unit, and receiving an optical signal from the distributed acoustic optical sensor and included in the acoustic signal A signal relay unit that transmits the received acoustic information and a railroad monitoring unit that analyzes the acoustic signal relayed through the signal relay unit and monitors the condition of a railroad, a train, or a combination thereof.

상기 신호발생유닛은 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 각기 다른 음향신호를 생성하며, 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 각각 설치되는 것이 바람직하다.The signal generating unit generates different sound signals according to a profile including a unique frequency, period, pattern or combination thereof for each train, and is preferably installed in a lead car and a tail car, respectively, in a train in which a plurality of cars are connected and operated.

상기 신호중계유닛은 상기 분산음향광센서를 통해 수신된느 광신호를 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것이 바람직하다.Preferably, the signal relay unit converts the optical signal received through the distributed acoustic optical sensor into an electrical signal, analyzes the acoustic signal based on the converted electrical signal, and extracts acoustic information from the acoustic signal.

본 발명에 따른 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템은 운행중인 열차에서 철로에 인접하여 포설된 분산음향광센서 쪽으로 음향을 발생하여 철도 운행 상태를 간단하고 명확하게 분석 및 탐지할 수 있는 이점이 있다. The DAS-based railway safety monitoring system according to the present invention has the advantage of being able to simply and clearly analyze and detect the railway operation condition by generating sound from a running train toward a distributed acoustic optical sensor installed adjacent to the railway line.

아울러 본 발명은 단순 필터링을 통해 열차의 운행 궤적을 추적할 수 있어 시스템 개발이 단순하고 용이하며, 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있어 노이즈의 유입이 있는 경우에도 오탐지의 우려를 획기적으로 줄일 수 있는 이점이 있다. In addition, the present invention can track the trajectory of trains through simple filtering, so system development is simple and easy, and concerns about false detection can be drastically reduced even when trains cross each other or noise is introduced because the surroundings are open.

도 1은 본 발명에 따른 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템의 개념도,
도 2는 도 1의 신호발생유닛의 구성을 도시한 구성도,
도 3은 도 1의 신호중계유닛의 구성을 도시한 구성도,
도 4는 도 1의 철도모니터링유닛의 구성을 도시한 구성도이다.
1 is a conceptual diagram of a DAS-based railway safety monitoring system according to the present invention;
Figure 2 is a configuration diagram showing the configuration of the signal generating unit of Figure 1;
Figure 3 is a configuration diagram showing the configuration of the signal relay unit of Figure 1;
Figure 4 is a configuration diagram showing the configuration of the railway monitoring unit of Figure 1;

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 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 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, a DAS-based railway safety monitoring system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but it should be understood that the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application.

도면을 참조하면 본 발명에 따른 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템(10)은 철도 운행 중 안전사고의 발생 위험을 사전에 감지할 수 있도록 모니터링 하기 위한 것이며, 신호발생유닛(100), 분산음향광센서, 신호중계유닛(200) 및 철도모니터링유닛(300)을 포함한다. Referring to the drawings, the DAS-based railroad safety monitoring system 10 according to the present invention is for monitoring to detect the risk of safety accidents in advance during railroad operation, and includes a signal generating unit 100, a distributed acoustic light sensor, a signal relay unit 200, and a railroad monitoring unit 300.

본 발명의 일 실시예에 따른 다스 기반 철도운행 상태 모니터링를 위해서, 본 발명은 각 열차마다 고유한 주파수의 음향신호를 송출함으로써, 각 열차마다 고유한 운행 상태 모니터링이 가능하도록 한다. For DAS-based railway operation status monitoring according to an embodiment of the present invention, the present invention enables unique operation status monitoring for each train by transmitting an acoustic signal having a unique frequency for each train.

모니터링 결과에 따라 운용자는 무선통신이나 위성통신을 이용하여 열차를 제어하거나, 열차의 설정값을 변경할 수 있다. 이러한 개념은 철도의 운행 상태를 모니터링하는 기능에 더하여 제어하는 기능으로 분류할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템(10)은 철도모니터링유닛(300)을 통해서 모니터링한 결과를 이용하여 열차나 철도시스템을 제어하도록 정보를 제공하는 역할을 수행한다.Depending on the monitoring result, the operator can control the train or change the set value of the train using wireless or satellite communication. This concept can be classified as a control function in addition to a function of monitoring the operating condition of the railway. That is, the DAS-based railway safety monitoring system 10 according to an embodiment of the present invention serves to provide information to control a train or railway system by using a result of monitoring through the railway monitoring unit 300.

본 발명의 일 실시예에 따르면 철로와 일정거리로 이격하여 철로의 주변에 분산음향광센서가 포설되어 있다. According to an embodiment of the present invention, a distributed acoustic optical sensor is installed around the railroad at a predetermined distance from the railroad.

그리고 철로를 통과하는 각 열차에는 고유의 음향신호를 주기적으로 발생하는 신호발생유닛(100)이 마련되어 있어서 각 열차마다 특정 주파수의 음향신호를 발생하면, 상기 음향신호가 광파이버에 후방산란을 일으켜 주파수마다 서로 상이한 후방산란 광신호를 발생한다. 이러한 후방산란 광신호는 신호중계유닛(200)에서 수집되어 유무선통신망을 통해서 철도모니터링유닛(300)에 전달되며, 상기 철도모니터링유닛(300)은 복수의 열차로부터 전달되어온 음향신호를 분석하여 각 열차에 대한 운행 상태를 파악하여, 화면에 디스플레이하여 열차나 철로에 문제가 발생한 경우 적절한 조치를 취하도록 한다.In addition, each train passing through the railroad is provided with a signal generation unit 100 that periodically generates a unique acoustic signal, so that when an acoustic signal of a specific frequency is generated for each train, the acoustic signal causes backscattering in the optical fiber to generate backscattered optical signals that are different for each frequency. These backscattered optical signals are collected by the signal relay unit 200 and transmitted to the railway monitoring unit 300 through a wired/wireless communication network, and the railway monitoring unit 300 analyzes the acoustic signals transmitted from a plurality of trains to determine the operation status of each train, displays them on the screen, and takes appropriate measures when a problem occurs in a train or railroad.

도 2를 참조하면, 신호발생유닛(100)은 네트워크나 열차의 콘솔을 통해서 음향신호에 대한 설정정보나 제어정보를 입력받도록 정보입력부(110)를 구비한다. 상기 정보입력부(110)는 네트워크를 통해서 설정정보나 제어정보를 입력받을 수 있도록 유무선 네트워크 인터페이스를 구비할 수 있으며, 또한 열차에서 자체적으로 설정정보나 제어정보를 입력할 수 있도록 콘솔 인터페이스를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the signal generating unit 100 includes an information input unit 110 to receive setting information or control information for an acoustic signal through a network or a train console. The information input unit 110 may have a wired/wireless network interface to receive setting information or control information through a network, and may also have a console interface to input setting information or control information in the train itself.

이렇게 입력된 설정정보나 제어정보에 따라 주파수 설정부(120)에서 음향신호의 주파수를 설정하고, 주기 설정부(130)를 통해서 상기 음향신호를 발생할 주기를 설정하거나 제어할 수 있다. 상기 주파수 설정은 각 열차마다 할당된 고유의 주파수로 설정될 수 있으며, 열차의 운행시간이나 열차의 운행구간에 따라 특정 주파수를 바꿔가면서 지정할 수 도 있다. According to the input setting information or control information, the frequency setting unit 120 sets the frequency of the sound signal, and the period setting unit 130 sets or controls the period of generating the sound signal. The frequency setting may be set to a unique frequency assigned to each train, or a specific frequency may be designated while changing according to the train operating time or train operating section.

상기 주기 설정부(130)는 음향신호가 발생하는 주기를 설정하는 것으로, 음향신호의 온오프 주기를 설정할 수도 있지만 일정한 패턴을 가진 음향신호가 반복되는 주기를 설정할 수도 있다. 상기 패턴은 일정 시간동안 음향신호가 발생하는 주파수의 패턴이거나 음향신호의 온오프 패턴일 수 있다.The period setting unit 130 sets a period in which the sound signal is generated, and may set an on/off period of the sound signal, but may also set a period in which the sound signal having a certain pattern is repeated. The pattern may be a pattern of a frequency at which a sound signal is generated for a certain period of time or an on/off pattern of the sound signal.

이렇게 음향신호의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합이 설정되거나 제어되면 이에 따라 음향구동부(140)를 통해서 음향발진부(150)를 구동하여 음향신호가 발생된다. When the frequency, period, pattern, or combination thereof of the sound signal is set or controlled in this way, the sound oscillation unit 150 is driven through the sound driver 140 accordingly, and the sound signal is generated.

상기 신호발생유닛(100)에서 발생한 음향신호는 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되어, 상기 열차의 길이에 대한 정보를 감지하도록 하는 것이 가능하다. 또한 상기 신호발생유닛(100)은 상기 열차의 일부 차량에 설치되어 차량이 열차에서 분리되었는지 여부를 감지할 수도 있다. The sound signal generated by the signal generating unit 100 is installed in a lead car and a rear car in a train in which a plurality of cars are connected and operated, so that information on the length of the train can be sensed. In addition, the signal generating unit 100 may be installed in some cars of the train to detect whether the cars are separated from the train.

또한 상기 신호발생유닛(150)은 열차마다 고유의 주파수를 가진 음향신호를 발생함으로써, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 모니터링할 수 있도록 한다.In addition, the signal generating unit 150 generates an acoustic signal having a unique frequency for each train, so that the state of the train can be independently monitored even in an environment in which a plurality of trains cross each other, operate simultaneously, noise sources exist around the train, or a combination thereof.

상기 신호중계유닛(200)은 철도모니터링유닛(300)이 위치한 장소까지 분산음향광센서가 직접 연결되는 있는 경우에는 상기 신호중계유닛(200)을 상기 철도모니터링유닛(300)과 동일한 장소에 설치하고, 철로 근처의 일정 장소에 신호중계유닛(100)이 설치된 다음 전기적인 신호를 다시 유무선 통신망을 통해서 상기 철도모니터링유닛(300)에 전송할 수도 있다.When the signal relay unit 200 is directly connected to the place where the railway monitoring unit 300 is located, the signal relay unit 200 is installed in the same place as the railroad monitoring unit 300, and the signal relay unit 100 is installed at a certain place near the railroad, and then electrical signals can be transmitted to the railway monitoring unit 300 again through a wired or wireless communication network.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 신호중계유닛(200)은 광전변환부(210)에서 분산음향광센서를 통해서 전달된 광신호를 수신하고 이를 전기신호로 변환한다.Referring to FIG. 3 , the signal relay unit 200 of this embodiment receives an optical signal transmitted from the photoelectric conversion unit 210 through the distributed acoustic light sensor and converts it into an electrical signal.

변환된 전기신호는 신호발생유닛(100)에서 생성한 음향신호의 주파수 성분에 대한 특징정보가 포함되어 있다. 신호해석부(220)는 광전변환부(210)에서 변환된 특정 주파수의 음향신호에 대한 특징정보를 추출한다.The converted electrical signal includes characteristic information about the frequency component of the acoustic signal generated by the signal generating unit 100. The signal analysis unit 220 extracts feature information about the acoustic signal of a specific frequency converted by the photoelectric conversion unit 210 .

상기 특정 주파수 성분의 음향신호가 가지고 있는 특징정보를 미리 저장된 상기 해당 주파수의 음향신호와 매칭시켜 음향신호의 주파수 성분을 확인한다. 이를 통해서 상기 수집된 광신호로부터 특정 음향신호의 주파수 성분, 신호분포, 신호패턴, 또는 이들의 조합을 포함한 음향정보를 추출한다.The frequency component of the sound signal is confirmed by matching the feature information of the sound signal of the specific frequency component with the sound signal of the corresponding frequency stored in advance. Through this, acoustic information including a frequency component of a specific acoustic signal, a signal distribution, a signal pattern, or a combination thereof is extracted from the collected optical signal.

상기 신호해석부(220)는 광전 변환된 신호의 패턴으로부터 음향신호의 패턴을 해석하여 추출한다. 이때 상기 광전 변환된 신호의 패턴과 미리 데이터베이스에 미리 저장된 음향신호의 특징정보를 매칭하여 상기 특징정보를 추출한다.The signal analysis unit 220 analyzes and extracts the pattern of the sound signal from the pattern of the photoelectrically converted signal. At this time, the feature information is extracted by matching the pattern of the photoelectrically converted signal with the feature information of the acoustic signal previously stored in the database.

상기 추출한 특징정보를 이용하여 상기 음향정보 추출부(230)에서는 상기 특징정보에 해당하는 음향의 주파수, 신호분포, 신호패턴 또는 이들의 조합을 포함한 음향정보를 출력한다. 음향정보를 추출함에 있어서, 상기 음향정보 추출부는 상기 추출된 음향신호에 대응하는 데이터베이스에 미리 저장된 음향신호를 추출한다.Using the extracted feature information, the sound information extractor 230 outputs sound information including a frequency, signal distribution, signal pattern, or a combination thereof of sound corresponding to the feature information. In extracting sound information, the sound information extraction unit extracts a sound signal previously stored in a database corresponding to the extracted sound signal.

상기 추출된 음향정보는 유무선 네트워크를 통해서 철도모니터링유닛(300)으로 전송된다. The extracted sound information is transmitted to the railroad monitoring unit 300 through a wired/wireless network.

아울러 상기 신호중계유닛(200)은 상기 광신호를 수신하여 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서, 선두차량과 후미차량 사이의 길이를 분석하거나, 복수의 차량들 사이의 음향에 대한 차이를 분석하거나 또는 이들의 조합에 대한 분석을 통해서, 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차와 철로의 상태 정보를 검출한다.In addition, the signal relay unit 200 receives the optical signal and analyzes the length between a lead car and a trailing car, or a difference in sound between a plurality of cars, or a combination thereof, in a train in which a plurality of cars are connected to each other, and detects train and track state information, including abnormal restarting of the train, vehicle separation, train failure, railroad failure, or a combination thereof.

도 4를 참조하면, 철도모니터링유닛(300)은 복수의 신호중계유닛(200)으로부터 각각의 음향정보를 수신하고 열차별로 구분하여 상기 음향정보를 데이터베이스(350)에 저장한다.Referring to FIG. 4 , the railroad monitoring unit 300 receives each sound information from a plurality of signal relay units 200 and stores the sound information in a database 350 by classifying it by train.

데이터베이스(350)에 저장된 열차별 음향정보는 음향의 주파수, 신호분포, 신호패턴 또는 이들의 조합을 포함하며, 음향정보 분석부(320)를 통해 상기 열차마다 음향정보에 포함된 정보를 분석하여 열차나 선로에 직접적 혹은 간접적으로 영향을 주고 있거나 영향을 줄 가능성이 있는지 여부를 분석한다.The acoustic information for each train stored in the database 350 includes the frequency of sound, signal distribution, signal pattern, or a combination thereof, and the information included in the acoustic information for each train is analyzed through the acoustic information analyzer 320 to analyze whether the train or track is directly or indirectly affected or has a possibility of affecting it.

또한 열차 트래킹부(330)는 상기 열차마다 측정된 음향정보를 분석하여, 해당 열차가 운행하고 있는 위치정보, 시간정보 등을 확인한 다음, 전자지도나 열차 노선도에 접목하여 열차의 실제 위치와 상태를 추적한다.In addition, the train tracking unit 330 analyzes the acoustic information measured for each train, confirms the location information and time information of the corresponding train, and then tracks the actual location and condition of the train by grafting it to an electronic map or train route map.

상기 추적한 열차의 위치와 시간정보는 정보출력부(340)를 거쳐 관리자단말기(360)를 통해 출력될 수 있다. The location and time information of the tracked train may be output through the manager terminal 360 through the information output unit 340 .

이상에서 설명한 본 발명의 다스 기반 철도안전 모니터링 시스템(10)은 분산음향광센서를 통해 열차의 제동이상, 고장, 철로의 고장여부 등을 포함한 상태를 검출하며, 특히 철로나 철로의 주변에 특정 주파수의 음향만을 수신할 수 있는 분산음향광센서를 설치하고, 열차의 선두와 후미에서 특정 주파수의 음향 또는 상기 특정 패턴의 음향을 송신하여 상기 음향 수신기가 열차의 선두와후미에서 송신한 음향신호를 해석하여 열차의 상태를 모니터링할 수 있다.The DAS-based railway safety monitoring system 10 of the present invention described above detects conditions including braking abnormalities, breakdowns, railway failures, etc. of the train through the distributed acoustic optical sensor. In particular, the distributed acoustic optical sensor capable of receiving only sound of a specific frequency is installed near the railway or the railway, and the sound of a specific frequency or the sound of the specific pattern is transmitted from the head and tail of the train, so that the sound receiver interprets the sound signal transmitted from the head and tail of the train to monitor the condition of the train.

또한 본 발명은 열차가 운행 도중에 제동장치에 이상이 생겨 일부 객차가 분리되거나 철로에 손상을 입히는 문제를 해결하기 위해서 음향센서를 이용하여 열차의 선두와 후미의 통과시간을 모니터링할 수 있다.In addition, the present invention can monitor the passing time of the head and tail of the train using acoustic sensors to solve the problem of some cars being separated or damaging the railroad tracks due to an abnormality in the braking system while the train is running.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

10 : 다스기반 철도안전 모니터링 시스템
100 : 신호발생유닛
110 : 정보입력부 120 : 주파수설정부
130 : 주기설정부 140 : 음향구동부
150 : 음향발진부
200 : 신호중계유닛
210 : 광전변환부 220 : 신호해석부
230 : 음향정보추출부
300 : 철도모니터링유닛
310 : 음향정보수집부 320 : 음향정보분석부
330 : 열차트래킹부 340 : 정보출력부-
10: DAS-based railway safety monitoring system
100: signal generating unit
110: information input unit 120: frequency setting unit
130: period setting unit 140: sound driving unit
150: sound oscillation unit
200: signal relay unit
210: photoelectric conversion unit 220: signal analysis unit
230: sound information extraction unit
300: railway monitoring unit
310: sound information collection unit 320: sound information analysis unit
330: train tracking unit 340: information output unit-

Claims (3)

분산음향센서를 이용해 열차로부터 발생하는 신호를 수신하고 분석하여 철도안전을 모니터링하는 다스기반 철도안전 모니터링 시스템에 있어서,
열차에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출하는 신호발생유닛;
상기 신호발생유닛에서 송출된 고유 주파수의 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하도록 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서;
상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하며 상기 음향신호에 포함된 음향정보를 전달하는 신호중계유닛; 및
상기 신호중계유닛을 통해 중계된 음향신호를 분석하여 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 철도모니터링유닛을 구비하는
다스기반 철도안전 모니터링 시스템.
In a DAS-based railway safety monitoring system that monitors railway safety by receiving and analyzing signals generated from trains using distributed acoustic sensors,
a signal generating unit provided in the train and transmitting a sound signal including a frequency, period, pattern, or a combination thereof unique to each train;
a distributed acoustic optical sensor installed adjacent to the railroad to transmit a back-scattered optical signal in response to the acoustic signal of the natural frequency transmitted from the signal generating unit;
a signal relay unit receiving an optical signal from the distributed acoustic optical sensor and transmitting acoustic information included in the acoustic signal; and
Equipped with a railroad monitoring unit that analyzes the sound signal relayed through the signal relay unit and monitors the condition of the railroad, train, or a combination thereof
DAS-based railway safety monitoring system.
제 1항에 있어서,
상기 신호발생유닛은 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 각기 다른 음향신호를 생성하며,
복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는
다스기반 철도안전 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The signal generating unit generates different sound signals according to a profile including a unique frequency, period, pattern or combination thereof for each train,
In a train in which a plurality of vehicles are connected and operated, it is characterized in that each is installed in the leading vehicle and the trailing vehicle.
DAS-based railway safety monitoring system.
제 1항에 있어서,
상기 신호중계유닛은 상기 분산음향광센서를 통해 수신된느 광신호를 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 특징으로 하는
다스기반 철도안전 모니터링 시스템.

According to claim 1,
The signal relay unit converts the optical signal received through the distributed acoustic optical sensor into an electrical signal, analyzes the acoustic signal based on the converted electrical signal, and extracts acoustic information from the acoustic signal.
DAS-based railway safety monitoring system.

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