KR20240053787A - 열차 간격 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20240053787A
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김정태
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권성호
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명에 열차 간격 추정 장치는, 선행 열차와의 간격을 추정하는 간격 추정 프로그램이 저장된 메모리; 상기 간격 추정 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 간격 추정 프로그램은, 레이더 센서가 결합된 후행 열차에서 후행 열차의 선로상 위치 정보를 측정하고, 상기 레이더 센서를 통해 제1 전파를 조사하며, 상기 제1 전파와 상기 선행 열차에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 상기 선행 열차와의 직선 거리를 측정하고, 상기 후행 열차의 위치 정보, 상기 직선 거리 및 선로 정보를 이용하여 상기 선행 열차의 위치 정보를 추정하며, 상기 후행 열차와 상기 선행 열차의 위치 정보를 기초로 상기 선로 상에서 상기 선행 열차와 상기 후행 열차 사이의 이격 거리를 추정하는 것이고, 상기 위치 정보는, 열차의 선로상 위치, 상기 선로상 위치에 대한 좌표값 및 상기 열차의 방위를 포함하는 것이며, 상기 선로 정보는, 상기 선로 상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 상기 선로의 곡률 정보를 포함하는 것이다.

Description

열차 간격 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING TRAIN GAP}
본 발명은 후행 열차에서 선행 열차와의 간격을 추정하는 열차 간격 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 열차 사이의 간격은 각 선행 또는 후행 열차가 선로에 설치된 발리스(Balise) 센서에 의한 측정된 정보를 기초로하여 독립적으로 추정한 절대 위치의 차로 계산된다.
도 1을 참조하여 열차 사이의 간격을 계산하는 종래의 방법을 설명하면, 선행 열차의 절대위치를 추정(예를들어, 기준 위치로부터 600m 지점)하고, 선행 열차가 자신의 절대 위치를 후행 열차로 송신한다.
그리고, 후행 열차의 절대 위치를 추정(예를 들어, 기준 위치로부터 100m 지점)하고, 후행 열차가 열차 간격을 계산한다. 선행 열차와 후행 열차 사이의 간격은 선행 열차의 절대 위치에서 후행 열차의 절대 위치를 뺀 값으로 계산된다(예를 들어, 선행 열차의 절대 위치 600에서 후행 열차의 절대 위치 100을 뺀 500m).
이와 같은 종래의 선행 열차와 후행 열차 사이의 간격을 측정하는 방법에는 세 가지 문제점이 있다.
첫째, 간격 측정에 지연이 발생한다.
수송효율을 극대화하기 위해서는 고속 주행 시에도 열차와 열차 사이에 최소한의 간격을 유지하는 것이 필수적이고, 이를 위해서 즉각적인 간격 측정이 필요하다. 그러나, 기존의 방법은 각 열차의 절대 위치 측정 지연 및 선후행 열차 간의 통신 지연으로 인해 최소한의 간격을 유지하기 위한 정보 갱신 주기의 보장이 어렵다.
둘째, 절대 위치 대비 간격 오차가 커진다.
도 2를 참조하면, 열차 사이의 간격은 절대 위치의 차이로 계산되기 때문에 선행 열차와 후행 열차 각각의 절대 위치에 대한 오차(공분산)를 σ라고 하면, 기존 방법으로 계산된 열차 사이의 간격에 대한 오차는 2σ로 두 배가 된다. 이는 열차 사이의 간격을 제어하는데 어려움을 유발하는 큰 요소로 작용한다.
마지막으로, 통신 장애 시 열차 사이의 간격 측정 불가하다.
기존의 방법은 선행 열차의 위치를 전적으로 통신에 의존해서 전달받기 때문에 통신 장치의 오작동이나 불능으로 인한 통신 두절 시 차간 간격을 측정할 수 없어서 열차 충돌 등의 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 이러한 기존의 열차 사이의 간격 추정 방법의 문제점을 해결하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 후행 열차에서 출력되는 제1 전파와 선행 열차에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 선행 열차와 후행 열차 사이의 간격을 추정하는 열차 간격 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 간격 추정 장치는, 선행 열차와의 간격을 추정하는 간격 추정 프로그램이 저장된 메모리; 상기 간격 추정 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 간격 추정 프로그램은, 레이더 센서가 결합된 후행 열차에서 후행 열차의 선로상 위치 정보를 측정하고, 상기 레이더 센서를 통해 제1 전파를 조사하며, 상기 선행 열차에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 상기 선행 열차와의 직선 거리를 측정하고, 상기 후행 열차의 위치 정보, 상기 직선 거리 및 선로 정보를 이용하여 상기 선행 열차의 위치 정보를 추정하며, 상기 후행 열차와 상기 선행 열차의 위치 정보를 기초로 상기 선로 상에서 상기 선행 열차와 상기 후행 열차 사이의 이격 거리를 추정하는 것이고, 상기 위치 정보는, 열차의 선로상 위치, 상기 선로상 위치에 대한 좌표값 및 상기 열차의 방위를 포함하는 것이며, 상기 선로 정보는, 상기 선로 상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 상기 선로의 곡률 정보를 포함하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열차 간격 추정 방법은, 레이더 센서가 결합된 후행 열차에서 후행 열차의 선로상 위치 정보를 측정하는 단계; 상기 레이더 센서를 통해 선행 열차에 대해 제1 전파를 조사하고, 상기 선행 열차에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 상기 후행 열차와 선행 열차의 직선 거리를 측정하는 단계; 상기 후행 열차의 선로상 위치 정보, 상기 직선 거리 및 선로 정보를 이용하여 상기 선행 열차의 선로상 위치 정보를 추정하는 단계; 및 상기 후행 열차와 상기 선행 열차의 선로상 위치 정보를 기초로, 상기 선로 상에서 상기 선행 열차와 상기 후행 열차 사이의 이격 거리를 추정하는 단계를 포함하되, 상기 위치 정보는, 열차의 선로상 위치, 위치에 대한 좌표값 및 열차의 방위를 포함하는 것이며, 상기 선로 정보는, 상기 선로 상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 상기 선로의 곡률 정보를 포함하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 통신 장애에도 선행 열차와 후행 열차의 간격을 추정하여 열차의 제어가 가능하고, 신호의 측정하는 주체와 간격을 추정하는 주체가 후행 열차로 동일해 간격 측정 지연(delay)을 감소시킬 수 있다.
또한, 레이더 반사대를 이용한 전파 회신 구조를 통해 저전력으로 고효율의 거리 측정이 가능하다.
도 1 및 도 2는 종래의 열차 사이의 간격을 추정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 간격 추정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열차 간격 추정 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5a 내지 도 5d 는 열차 간격 추정 장치 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 간격 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 도 6에 도시된 이격 거리를 추정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부" 등은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여 되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결 (접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(구비 또는 마련)"할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 나타내는 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 구성 요소들의 순서나 관계를 제한하지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 간격 추정 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 간격 추정 장치(100)에 대해 설명한다. 열차 간격 추정 장치(100)는 후행 열차(10)에 설치되고, 후행 열차(10)에 결합된 레이더 센서(11)로부터 출력되는 제1 전파와, 선행 열차(20)에 결합된 레이더 반사대(21)로부터 반사된 제2 전파를 이용하여 후행 열차(10)와 선행 열차(20) 사이의 간격을 추정한다.
여기서, 레이더 센서(11)는 선행 열차(20)를 향해 제1 전파를 조사하고, 선행 열차(20)의 레이더 반사대(21)로부터 반사된 제2 전파를 수신한다. 레이더 센서(11)는 송수신 방향으로 에너지를 집중하기 위해 빔형성(beamforming)의 구조를 가지고, 레이더 반사대(21)는 레이더센서에서 송신된 신호가 반사되어 수신되기까지의 전달 감소를 최소화하기 위해 RCS(Radar Cross Section)을 극대화하도록 설계될 수 있다. 뿐만 아니라, 수신 신호 강도 향상을 위해 신호가 입사된 방향과 동일하게 반사되도록 반사대의 형상이 설계된다. 레이더 반사대(21)의 대표적인 예로 코너 리플렉터를 들 수 있다
열차 간격 추정 장치(100)는 후행 열차(10)와 선행 열차(20) 사이의 간격을 추정하는 동작을 수행하기 위해 메모리(110) 및 프로세서(120)를 포함한다.
메모리(110)는 간격 추정 프로그램이 저장되는데, 메모리(110)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력을 필요로 하는 휘발성 저장장치를 통칭하는 것으로 해석되어야 한다. 메모리(110)는 프로세서(120)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 메모리(110)는 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 휘발성 저장장치 외에 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 프로세서(120)는 메모리(110)에 저장된 간격 추정 프로그램을 실행하여 후행 열차(10)의 현재 위치에서 선행 열차(20)와의 간격을 추정한다.
이후, 도5를 참조하여 간격 추정 프로그램이 후행 열차(10)의 현재 위치에서 선행 열차(20)와의 간격을 추정하는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5a를 참조하면, 간격 추정 프로그램은 선로(30)에 배치된 복수의 고정 발리스 센서(40) 중 후행 열차가 마지막에 통과한 고정 발리스 센서(40)의 위치를 기준으로 타코메타 센서(미도시)를 이용하여 후행 열차의 선로(30)상 위치를 측정한다. 그리고, 레이더 센서(11)를 통해 선행 열차(20)를 향해 조사된 제1 전파와 선행 열차(20)에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 TOF(Time For Flight)를 계산해 후행 열차(10)와 선행 열차(20)와의 직선 거리(d)를 측정한다.
이후, 후행 열차(10)의 위치 정보, 직선 거리(d) 및 선로 정보를 이용하여 선행 열차(20)의 위치 정보를 추정한다. 여기서, 위치 정보는 열차의 선로(30)상 위치, 선로(30)상 위치에 대한 좌표값 및 열차의 진행 방향을 포함하는 것이고, 선로 정보는 선로(30)상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 선로의 곡률 정보를 포함하는 것이다.
도 5b를 참조하여 선행 열차(20)의 위치 정보를 추정하는 과정을 설명하면, 간격 추정 프로그램은 선로 정보를 좌표 평면에 적용하고, 후행 열차(10)의 좌표를 (0, 0)으로 설정하고, 후행 열차(10)의 진행 방향을 x축으로 설정한다.
그리고, 수학식1 이 만족할 때까지 선로(30)상 소정 지점에 대한 좌표를 탐색한다.
[수학식 1]
수학식 1에서 d는 후행 열차(10)에서 선행 열차(20)까지의 직선 거리이고, 및 는 선행 열차(20)의 x좌표값 및 y 좌표값을 나타낸다.
구체적으로, 간격 추정 프로그램은 으로 초기 조건을 설정하고, 선로의 곡률 정보 및 수학식 2를 이용하여 수학식1을 만족시키는 소정 지점을 탐색한다.
[수학식 2]
여기서, 는 좌표 평면 상에서 후행 열차의 진행 방향에 대한 각도이고, 및 는 후행 열차의 x좌표값 및 y좌표값을 나타낸다.
또한, 는 선로상 소정 지점에서 열차의 진행 방향에 대한 각도이고, 및 는 소정 지점의 x좌표값 및 y좌표값이며, 은 소정 지점에 대한 곡률값을 나타낸다.
간격 추정 프로그램은 수학식 1이 만족할 때까지 및 를 구하는 과정을 반복하고, 수학식 1을 만족시키는 및 를 및 로 설정한다.
그리고, 간격 추정 프로그램은 가장 최근에 수신된 두 개의 제2전파 각각에 대한 선행 열차(20)의 위치 정보를 추정하여 선행 열차(20)의 속도를 측정하고, 선행 열차(20)의 속도를 이용하여 선행 열차(20)의 현재 위치를 추정하며, 선행 열차(10)의 현재 위치와 후행 열차의 현재 위치(20)를 이용하여 선로(30)상에서 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 이격 거리를 계산한다.
간격 추정 프로그램은 수학식 3을 이용하여 현재 시각에 대한 선행 열차(20)의 위치를 추정하고, 수학식 4를 이용하여 현재 시간의 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 이격 거리를 계산한다.
[수학식 3]
[수학식 4]
여기서, t는 현재 시각을, 은 현재 시각에 대한 선행 열차(20)의 위치이고, , 는 연속된 시간이며(<), , 는 , 시점에서 선행 열차(20)의 선로상 위치이고, 은 후행 열차(10)와 선행 열차(20) 사이의 간격을 나타낸다.
추가적으로 도 5c를 참조하면, 간격 추정 프로그램은 선행 열차(20)의 위치 정보를 이용하여 후행 열차(10)의 진행 방향을 기준으로 선행 열차(20)의 진행 방향이 이루는 이격 각도(φ)를 측정하여 레이더 센서(11)의 전파 출력 조향각을 제어할 수 있다. 간격 추정 프로그램은 수학식 5를 이용하여 이격 각도(φ)를 측정한다. 이격 각도(φ)는 후행 열차(10)의 진행 방향과 선행 열차(20)가 이루는 각도를 의미한다.
[수학식 5]
여기서, 는 후행 열차(10)의 진행 방향과 선행 열차(20)가 이루는 각도이고, 및 는 선행 열차(20)의 x좌표값 및 y좌표값을 나타낸다.
도 5d에 도시된 것처럼, 열차 간격 추정 장치(100)는 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 이격 각도(φ)에 따라 후행 열차(10)의 레이더 센서(11)의 전파 출력 조향각을 조절할 수 있다.
본 실시예에서, 프로세서(120)는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
열차 간격 추정 장치(100)는 통신 모듈(130) 및 데이터베이스(140)를 더 포함할 수 있는데, 통신 모듈(130)은 외부 장치와 신호 데이터 대한 데이터 통신을 수행하기 위해, 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하는데 요구되는 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치를 포함할 수 있다.
데이터베이스(140)는 간격 추정 프로그램이 동작하기 위한 다양한 데이터가 저장될 수 있다. 예를 들면, 선로상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 선로의 곡률 정보를 포함하는 선로 정보와 같이 간격 추정 프로그램이 동작하는데 요구되는 데이터가 저장될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 간격 추정 방법 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 열차 간격 추정 방법(S100)을 설명하면, 열차 간격 추정 방법(S100)은 레이더 센서(11)가 결합된 후행 열차(10)에서 후행 열차(10)의 선로상 위치 정보를 측정하고(단계 S110), 레이더 센서(11)를 통해 선행 열차(20)에 대해 제1 전파를 조사하여 선행 열차(20)에 의해 반사된 제2 전파를 이용해 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 직선 거리를 측정한다(단계 S120). 후행 열차(10)의 선로상 위치 정보, 직선 거리 및 선로 정보를 이용하여 선행 열차(20)의 선로상 위치 정보를 추정하고(단계 S130), 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 선로상 위치 정보를 기초로, 선로상에서 선행 열차(20)와 후행 열차(10) 사이의 이격 거리를 추정(단계 S140)하는 과정으로 진행된다. 여기서, 위치 정보는 열차의 선로상 위치, 선로상 위치에 대한 좌표값 및 열차의 진행 방향을 포함하는 것이고, 선로 정보는 선로 상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 선로의 곡률 정보를 포함하는 것이다.
이후, 각 단계에 대해서 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 후행 열차(10)의 선로상 위치 정보를 측정하는 과정(단계 S110)은 선로(30)에 배치된 복수의 고정 발리스 센서(40) 중 후행 열차(10)가 마지막에 통과한 고정 발리스 센서(40)의 위치를 기준으로 타코메타 센서를 이용하여 후행 열차(10)의 현재 위치를 측정한다.
후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 직선 거리를 측정하는 과정(단계 S120)은, 레이더 센서(11)가 조사한 제1 전파와 선행 열차(20)의 레이더 반사대(21)에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 TOF(Time For Flight)를 계산해 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 직선 거리를 측정한다.
도 5b를 참조하여 선행 열차(20)의 위치 정보를 추정하는 과정(단계 S130)을 설명하면, 선로 정보를 좌표 평면에 적용하고, 후행 열차(10)의 좌표를 (0, 0)으로, 후행 열차(10)의 진행 방향을 x축으로 설정한다.
그리고, 수학식1 이 만족할 때까지 선로(30)상 소정 지점에 대한 좌표를 탐색한다.
[수학식 1]
수학식 1에서 d는 후행 열차(10)에서 선행 열차(20)까지의 직선 거리이고, 및 는 선행 열차(20)의 x좌표값 및 y 좌표값을 나타낸다.
구체적으로, 으로 초기 조건을 설정하고, 선로의 곡률 정보 및 수학식 2를 이용하여 수학식1을 만족시키는 소정 지점을 탐색한다.
[수학식 2]
여기서, 는 좌표 평면 상에서 후행 열차(10)의 진행 방향에 대한 방위로, x축으로 설정되므로 0으로 설정된다. 그리고, 및 는 후행 열차(10)의 x좌표값 및 y좌표값을 나타낸다.
또한, 는 선로상 소정 지점에서 열차의 진행 방향에 대한 각도로, x축과 이루는 각도이고, 및 는 소정 지점의 x좌표값 및 y좌표값이며, 은 소정 지점의 선로의 곡률값을 나타낸다.
선행 열차(20)의 위치 정보를 추정하는 과정(단계 S130)은 수학식 1이 만족할 때까지 및 를 구하는 과정을 반복하고, 수학식 1을 만족시키는 및 를 선행 열차(20)의 x좌표값 및 y 좌표값인 및 로 설정한다.
그리고, 선행 열차(20)와 후행 열차(10) 사이의 이격 거리를 추정하는 과정(단계 S140)을 설명하면, 가장 최근에 수신된 두 개의 제2전파 각각에 대한 선행 열차(20)의 위치 정보를 추정하여 선행 열차(20)의 속도를 측정(단계 S141)하고, 선행 열차(20)의 속도를 이용하여 선행 열차(20)의 현재 위치를 추정(단계 S142)하며, 선행 열차(10)의 현재 위치와 후행 열차의 현재 위치(20)를 이용하여 선로(30)상에서 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 이격 거리를 계산(단계 S143)한다.
이격 거리를 추정하는 과정(단계 S140)은 수학식 3을 이용하여 현재 시각에 대한 선행 열차(20)의 위치를 추정하고, 수학식 4를 이용하여 현재 시각에 대한 후행 열차(10)와 선행 열차(20)의 이격 거리를 계산한다.
[수학식 3]
[수학식 4]
여기서, t는 현재 시각을, 은 현재 시각에 대한 선행 열차(20)의 위치이고, , 는 연속된 시간이며(<), , 는 , 시점에서 선행 열차(20)의 선로상 위치이고, 은 후행 열차(10)와 선행 열차(20) 사이의 간격을 나타낸다.
추가적으로, 본 발명의 열차 간격 추정 방법(S100)은 후행 열차(10)에 설치된 레이더 센서(11)의 전파 출력 조향각을 제어하는 과정(단계 S150)을 더 포함할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 레이더 센서(11)의 전파 출력 조향각을 제어하는 과정(단계 S150)은 선행 열차(20)의 위치 정보를 이용하여 후행 열차(10)의 진행 방향을 기준으로 선행 열차(20)와의 이격 각도(φ)를 측정하여 레이더 센서(11)의 전파 출력 조향각을 제어할 수 있다. 이는, 수학식 5를 이용하여 이격 각도(φ)를 측정한다.
[수학식 5]
여기서, 는 후행 열차(10)의 진행 방향과 선행 열차(20)가 이루는 각도이고, 및 는 선행 열차(20)의 x좌표값 및 y좌표값을 나타낸다.
도 5d에 도시된 것처럼, 후행 열차(10)와 선행 열차(20) 사이의 이격 각도(φ)에 따라 후행 열차(10)의 레이더 센서(11)의 전파 출력 조향각을 조절할 수 있다.
본 발명은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술한 설명을 기초로 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 열차 간격 추정 장치
110: 메모리
120: 프로세서

Claims (15)

  1. 후행 열차에서 선행 열차와의 간격을 추정하는 레이더 기반 열차 간격 추정 장치에 있어서,
    선행 열차와의 간격을 추정하는 간격 추정 프로그램이 저장된 메모리;
    상기 간격 추정 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 간격 추정 프로그램은,
    레이더 센서가 결합된 후행 열차에서 후행 열차의 선로상 위치 정보를 측정하고, 상기 레이더 센서를 통해 제1 전파를 조사하며, 상기 제1 전파와 상기 선행 열차에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 상기 선행 열차와의 직선 거리를 측정하고, 상기 후행 열차의 위치 정보, 상기 직선 거리 및 선로 정보를 이용하여 상기 선행 열차의 위치 정보를 추정하며, 상기 후행 열차와 상기 선행 열차의 위치 정보를 기초로 상기 선로 상에서 상기 선행 열차와 상기 후행 열차 사이의 이격 거리를 추정하는 것이고,
    상기 위치 정보는,
    열차의 선로상 위치, 상기 선로상 위치에 대한 좌표값 및 상기 열차의 방위를 포함하는 것이며,
    상기 선로 정보는,
    상기 선로 상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 상기 선로의 곡률 정보를 포함하는 것인, 열차 간격 추정 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간격 추정 프로그램은,
    상기 복수의 고정 발리스 센서 중 상기 후행 열차가 마지막에 통과한 상기 고정 발리스 센서의 위치를 기준으로 타코메타 센서를 이용하여 상기 후행 열차의 위치를 측정하고,
    상기 제1 전파 및 상기 제2 전파를 이용하여 TOF(Time For Flight)를 계산해 상기 직선 거리를 측정하는 것인, 열차 간격 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간격 추정 프로그램은,
    상기 선로 정보를 좌표 평면에 적용하고, 상기 후행 열차의 좌표를 (0, 0)으로, 상기 후행 열차의 진행 방향을 x축으로 설정하여 수학식 1이 만족할 때까지 상기 선로 상 소정 지점에 대한 좌표를 탐색하며,
    [수학식 1]

    상기 d는 상기 직선 거리이고, 상기 및 상기 는 상기 선행 열차의 x좌표값 및 y 좌표값인, 열차 간격 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 간격 추정 프로그램은,
    으로 초기 조건을 설정하고,
    상기 선로의 곡률 정보 및 수학식 2를 이용하여 상기 수학식1을 만족시키는 소정 지점을 탐색하며,
    [수학식 2]



    상기 는 좌표 평면 상에서 상기 후행 열차의 진행 방향에 대한 각도이고, 상기 및 상기는 상기 후행 열차의 x좌표값 및 y좌표값이며,
    상기 는 상기 선로 상 소정 지점에서 열차의 진행 방향에 대한 각도이고, 상기 및 상기 는 상기 소정 지점의 x좌표값 및 y좌표값이며,
    상기 은 상기 소정 지점에 대한 곡률값인, 열차 간격 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 간격 추정 프로그램은,
    가장 최근에 수신된 두 개의 제2전파 각각에 대한 상기 선행 열차의 위치 정보를 추정하여 상기 선행 열차의 속도를 측정하고, 상기 선행 열차의 속도를 이용하여 상기 선행 열차의 현재 위치를 추정하며, 상기 선행 열차의 현재 위치와 상기 후행 열차의 현재 위치를 이용하여 선로 상에서 상기 후행 열차와 상기 선행 열차의 이격 거리를 계산하는 것인, 열차 간격 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 간격 추정 프로그램은,
    상기 선행 열차의 위치 정보를 이용하여 상기 후행 열차의 진행 방향을 기준으로 상기 선행 열차와의 이격 각도를 측정하고, 상기 이격 각도를 이용하여 상기 레이더 센서의 전파 출력 조향각을 제어하며,
    [수학식 5]

    상기 는 상기 이격 각도이고, 및 는 상기 선행 열차의 x좌표값 및 y좌표값인, 열차 간격 추정 장치.
  7. 레이더 기반 열차 간격 추정 방법에 있어서,
    레이더 센서가 결합된 후행 열차에서 후행 열차의 선로상 위치 정보를 측정하는 단계;
    상기 레이더 센서를 통해 선행 열차에 대해 제1 전파를 조사하고, 상기 제1 전파와 상기 선행 열차에 의해 반사된 제2 전파를 이용하여 상기 후행 열차와 선행 열차의 직선 거리를 측정하는 단계;
    상기 후행 열차의 선로상 위치 정보, 상기 직선 거리 및 선로 정보를 이용하여 상기 선행 열차의 선로상 위치 정보를 추정하는 단계; 및
    상기 후행 열차와 상기 선행 열차의 선로상 위치 정보를 기초로, 상기 선로 상에서 상기 선행 열차와 상기 후행 열차 사이의 이격 거리를 추정하는 단계를 포함하되,
    상기 위치 정보는,
    열차의 선로상 위치, 위치에 대한 좌표값 및 열차의 방위를 포함하는 것이며,
    상기 선로 정보는,
    상기 선로 상에 배치된 복수의 고정 발리스(balise) 센서 각각에 대한 위치 정보 및 상기 선로의 곡률 정보를 포함하는 것인, 열차 간격 추정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 후행 열차의 선로상 위치를 측정하는 단계는,
    상기 복수의 고정 발리스 센서 중 상기 후행 열차가 마지막에 통과한 상기 고정 발리스 센서의 위치를 기준으로 타코메타 센서를 이용하여 상기 후행 열차의 위치를 측정하는 것인, 열차 간격 추정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 직선 거리를 측정하는 단계는,
    상기 제1 전파 및 상기 제2 전파를 이용하여 TOF(Time For Flight)를 계산해 상기 직선 거리를 측정하는, 열차 간격 추정 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 선행 열차의 선로상 위치 정보를 추정하는 단계는,
    상기 선로 정보를 좌표 평면에 적용하고, 상기 후행 열차의 좌표를 (0, 0)으로 설정하여 수학식 1이 만족할 때까지 상기 선로 상 소정 지점에 대한 좌표를 탐색하며,
    [수학식 1]

    상기 d는 상기 직선 거리이고, 상기 및 상기 는 상기 선행 열차의 x좌표값 및 y 좌표값인, 열차 간격 추정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선행 열차의 선로상 위치 정보를 추정단계는,
    으로 초기 조건을 설정하고,
    상기 선로의 곡률 정보 및 수학식 2를 이용하여 상기 수학식1을 만족시키는 소정 지점을 탐색하며,
    [수학식 2]



    상기 는 좌표 평면 상에서 상기 후행 열차의 진행 방향에 대한 각도이고, 상기 및 상기는 상기 후행 열차의 x좌표값 및 y좌표값이며,
    상기 는 상기 선로 상 소정 지점에서 열차의 진행 방향에 대한 각도이고, 상기 및 상기 는 상기 소정 지점의 x좌표값 및 y좌표값이며,
    상기 은 상기 소정 지점에 대한 곡률값인, 열차 간격 추정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선행 열차의 선로상 위치 정보를 추정하는 단계는,
    상기 수학식 1이 만족할 때까지 상기 및 상기 를 구하는 과정을 반복하고,
    상기 수학식 1을 만족시키는 상기 및 상기 를 상기 및 상기 로 설정하는 것인, 열차 간격 추정 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 이격 거리를 추정하는 단계는,
    가장 최근에 수신된 두 개의 제2전파 각각에 대한 상기 선행 열차의 위치 정보를 추정하여 상기 선행 열차의 속도를 측정하는 단계;
    상기 선행 열차의 속도를 이용하여 상기 선행 열차의 현재 위치를 추정하는 단계; 및
    상기 선행 열차의 현재 위치와 상기 후행 열차의 현재 위치를 이용하여 선로 상에서 상기 후행 열차와 상기 선행 열차의 이격 거리를 계산하는 단계를 포함하는 것인, 열차 간격 추정 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 선행 열차의 위치 정보를 이용하여 상기 후행 열차의 진행 방향을 기준으로 상기 선행 열차와의 이격 각도를 측정하여 상기 레이더 센서의 전파 출력 조향각을 제어하는 단계를 더 포함하는, 열차 간격 추정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 출력 조향각을 제어하는 단계는,
    수학식 5를 이용하여 상기 이격 각도를 측정하고,
    [수학식 5]

    상기 는 상기 이격 각도이고, 및 는 상기 선행 열차의 x좌표값 및 y좌표값인, 열차 간격 추정 방법.
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