WO2019107688A1 - 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법 - Google Patents

분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법 Download PDF

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WO2019107688A1
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acoustic
signal
railway
vehicle
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PCT/KR2018/007134
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백영식
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㈜넷케이티아이
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    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/57—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for vehicles or trains, e.g. trackside supervision of train conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for monitoring a railroad running state through a DAS (Distributed Acoustic Sensing), and more particularly, And a monitoring system for monitoring a railroad running state including a state of a specific train and a railroad on which the train is traveling through the distributed acoustic sensor, and a monitoring method thereof.
  • DAS Distributed Acoustic Sensing
  • a distributed acoustic optical sensor can be used for collecting acoustic information generated in a wide area through an optical fiber and monitoring the corresponding area.
  • DAS distributed acoustic optical sensor
  • GPS Global Positioning System
  • a train tracking and control system in which a centralized control center collects and analyzes the sound generated when a train is operated by installing a dispersive acoustic optical sensor on the railroad side in real time to track the train.
  • Local train tracking is needed to control the distance between trains. It is also necessary to detect problems and to take appropriate measures by collecting, learning and analyzing sound from trains on wheels and sound caused by breakage of railway tracks.
  • a train tracking and control system using a conventional distributed acoustic optical sensor collects optical signals reflecting the characteristics of acoustic data with widely installed optical lines and analyzes the characteristics of the collected acoustic data to determine the state of the field.
  • various auxiliary means such as a weather vane are used to prevent false detection, but it is still difficult to completely solve the problem, and a method for solving this problem is relatively simple and efficient.
  • the present invention is intended to provide a system capable of generating intentional sound of a pre-allocated frequency in each train, and monitoring or controlling the state for each train.
  • United States Patent Publication No. 2015-0000415 A1 (Jan. 01, 2015) relates to train separation detection, and more particularly, to a method and apparatus for detecting the separation of a train in which one or more railroad cars / carriages accidentally separate from the rest of the train .
  • the method provides a plurality of longitudinal acoustic sensor portions along a railway to perform distributed acoustic sensing in at least one optical fiber.
  • the acoustic response is analyzed to detect signatures indicative of train segregation.
  • the method includes detecting an acoustic event associated with two different parts of a train and detecting when the interval between two events exceeds a threshold value and also identifying the front of the train and the rear of the train and determining the distance between the front and rear Is changed beyond the threshold value.
  • a sound associated with a set of wheels passing through the track feature is used to determine the distance between sets of wheels of adjacent carriages (lorries) and to determine when the interval exceeds a threshold.
  • the threshold may be based on the spacing between sets of wheels of the same carriage (vans) that pass through the track feature.
  • U.S. Patent No. 9580092 B2 (Feb. 27, 2017) relates to a method for operating a track vehicle in a railway system, comprising providing at least one optical waveguide disposed next to at least one railroad track and supplied with optical pulses And using the optical waveguide as a dispersive acoustooptic sensor and detecting back scattered light.
  • a railway vehicle having a sound generator that can be adjusted in terms of frequency spectrum in a manner representative of an emergency is used, and when the sound generator is activated,
  • a railway system is provided in which an emergency signal of a railway vehicle is obtained when a frequency spectrum corresponding to a frequency spectrum is detected in backscattered light.
  • the sound generator when a driver of a railway vehicle activates a sound generator in an emergency state, the sound generator emits an acoustic signal having a frequency spectrum by displaying an emergency state so that an emergency signal is transmitted to the railway system. And the emergency signal is transmitted to the railway system. Therefore, in the present invention, by continuously generating the acoustic signal having the predetermined frequency set for each train, the state of the railway or train is monitored in the railway running condition monitoring system of the prior art And there are differences in technical features.
  • an acoustic signal continuously transmitted from a train is analyzed to grasp a state of a train or a railroad track (passive), so that an emergency signal by a driver presented in the prior art is transmitted to provide information of an emergency state (Active) and action concepts are different.
  • the present invention detects a state including a fault or failure of a railway train by means of a distributed acoustic optical sensor, failure of a railroad track, etc., and a dispersive acoustic optical sensor capable of receiving sound of a specific frequency around a railroad track Periodically transmits sound of a specific frequency or sound of the specific pattern at the front and rear of the train and analyzes the acoustic signal transmitted from the front and rear of the train from the optical signal transmitted through the dispersive acoustic optical sensor And a method for monitoring a running state of a train.
  • the present invention monitors the passage time of a train by using an acoustic sensor in order to solve a problem that a braking device is broken in the middle of the operation of a train and a part of the passenger car is detached or damaged by the railway,
  • the present invention also provides a method and a device for detecting whether or not an abnormality occurs in a re-operation of a vehicle. That is, an object of the present invention is to monitor the running state of a train by detecting whether a trail passes a specific point of a railway track at a time interval after a train passes by using an acoustic sensor, that is, at a time interval after a head has passed.
  • the train since the train continues to operate in a state in which braking is applied due to abnormality of the air pressure of the braking device during the operation, the wheels of the railway track and the carriage are overheated and the wheels of the railway track and the carriage are damaged frequently
  • Another purpose is to measure the noise from the wheels of a train in order to solve the problem that eventually leads to a major accident if this condition persists and to distinguish whether the noise is due to abnormal braking.
  • the present invention is intended to monitor the running state of a train with less cost and error through a dispersive acoustooptic sensor, and since a dispersive acoustic optical sensor designates and uses a specific frequency, Another object of the present invention is to precisely monitor the state of how a rear end passes through a specific point and to precisely track the position where the problem occurs on the train or track to facilitate maintenance of the position.
  • At least one or more trains comprising at least one or more vehicles traveling on a railroad track according to an embodiment of the present invention
  • at least one portion of the train is provided with at least one portion of the train
  • an acoustic signal generating device for transmitting an acoustic signal including the acoustic signal, wherein the state of the railway, the train, or a combination thereof is detected through the acoustic signal.
  • the acoustic signal generating device receives the profile from the network or console to generate the acoustic signal according to a profile including a frequency, a period, a pattern, or a combination thereof unique to each train
  • the present invention can independently monitor the state of the train even in an environment in which a plurality of vehicles are connected and operate, or an environment in which a noise source is present around the train, or a combination thereof, And a plurality of vehicles installed in the tailgate or the plurality of vehicles so as to detect information about the difference between the length and the sound between the vehicles, And the state information of the vehicle and the railway track of the train including the combination is detected.
  • a system for monitoring a railroad running condition based on a dispersive acoustic optical sensor comprising: And an acoustic signal relay device for receiving the optical signal from the dispersed acoustic optical sensor and transmitting acoustic information held by the acoustic signal, do.
  • the acoustic signal relaying device comprises means for receiving the optical signal and converting it into an electrical signal, analyzing the acoustic signal based on the converted electrical signal, and extracting acoustic information from the acoustic signal,
  • the state of the train and the railroad track can be independently analyzed even in an environment in which the train runs at the same time, the train runs at the same time, the train runs at the same time, the train runs around the train, the noise source exists around the train, or a combination thereof.
  • the acoustic signal repeater may analyze the length between the leading vehicle and the trailing vehicle in the train on which the plurality of vehicles are connected by receiving the optical signal, analyze the difference between the plurality of vehicles, Or a combination thereof, state information of a train and a railroad track including a fault of the train, a separation of a vehicle, a failure of a train, a failure of a railroad track, or a combination thereof is detected.
  • the acoustic signal is transmitted at a predetermined frequency in the head vehicle, the aft vehicle, or a plurality of vehicles, and is transmitted from both sides of the vehicle so as to be able to be installed on either side of the railroad track So that a sound signal can be satisfactorily reached to the dispersive acoustic optical sensor.
  • a system for monitoring a railroad running condition based on a dispersive acoustic optical sensor comprising: at least one train, at least one train having a plurality of trains, For collecting acoustic information possessed by the acoustic signal from a dispersive acoustic optical sensor disposed adjacent to the railway which transmits the backscattered optical signal in response to the acoustic signal having the acoustic signal, Analyzing the acoustic information, and monitoring the state of the railway, the train, or a combination thereof.
  • a method for monitoring a railroad running condition based on a dispersive acoustic optical sensor comprising the steps of: sensing a train, which is generated from at least one portion of a train traveling on the railway, Receiving the backscattered optical signal in response to the acoustic signal transmitted at a unique frequency in the received signal, and analyzing the state of the railway, train, or combination thereof by receiving the optical signal from the dispersed acoustic optical sensor .
  • analyzing the state further comprises receiving the optical signal and converting it into an electrical signal, analyzing the acoustic signal based on the converted electrical signal, and extracting acoustic information from the acoustic signal,
  • the state of the train and the railroad track can be independently analyzed even in an environment in which the train runs at a crossing, simultaneously operates, a noise source exists around the train, or a combination thereof.
  • the step of analyzing the state may include analyzing a length between the leading vehicle and the trailing vehicle on a train on which the plurality of vehicles are connected by receiving the optical signal, analyzing a difference between the plurality of vehicles, And the acoustic signal is transmitted at a predetermined frequency in the head vehicle, the rear-end vehicle or a plurality of vehicles, and transmitted from both sides of the vehicle to the train, So that the acoustic signal can be satisfactorily reached to the dispersive acoustic optical sensor regardless of the position of the dispersive acoustic optical sensor on the railway.
  • the present invention intentionally generates sound to the dispersive acoustic optical sensor installed adjacent to the railway track in the running train, Allows the system to perform simple and clear analysis and detection.
  • difficult algorithms such as learning were required to distinguish various specific objects and situations.
  • the system proposed in the present invention can trace the trajectory of trains through simple filtering, And there is an effect that the fear of false detection is reduced even when complicated sounds are introduced from the surroundings because the trains run crossing each other or the surroundings are opened.
  • the distance between the trains can be accurately measured, so that even if trouble due to the separation of the train occurs, It also has the effect of tracking and managing the condition of trains.
  • the optical sensor In the case of the optical sensor, there is no electromagnetic interference, and it is advantageous against humidity. Therefore, it is advantageous to apply it to a railroad running state monitoring system in a complex intertwined railway network.
  • Management is important in preventing disasters in that it detects real time when a problem occurs and prevents or minimizes damage.
  • a general IoT terminal has a disadvantage in that maintenance and management are difficult because a large number of terminals must be used to manage the entire section.
  • the distributed acoustic optical sensor is a passive sensor, the demand for the control system that requires power is minimized (currently, five units are required for the 500-key section), so that maintenance and management are easy and costs are reduced.
  • FIG. 1 is a view illustrating a concept for monitoring the operation state of a railway based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a sound signal generating apparatus for monitoring a railroad running state based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an acoustic signal relaying apparatus for monitoring a railroad traveling state based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for monitoring the state of a railroad driving based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart for monitoring the operation of a railway based on a distributed acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view illustrating a concept for monitoring the operation state of a railway based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the railroad running condition monitoring system 10 is a top-level system, and the railroad running condition monitoring system 10 includes a sound signal generating apparatus 100, Sensor, an acoustic signal relay device 200, and a railroad running condition monitoring system 300.
  • the railroad running condition monitoring system is also a concept including a sound signal generating device 100, a distributed acoustic optical sensor, a sound signal relay device 200, and a railroad running condition monitoring device 300.
  • the present invention In order to monitor the operation of a railway based on a distributed acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention, the present invention generates acoustic signals having frequencies unique to each train, . Depending on the monitoring result, the operator can control the train using wireless communication or satellite communication, or change the setting value of the train. This concept can be classified as a control function in addition to a function to monitor the running state of the railway. That is, the railroad running condition monitoring system 10 according to an embodiment of the present invention provides information to control a train or a railway system using a result monitored through the railroad running condition monitoring apparatus 300 .
  • a dispersed acoustic optical sensor is installed in parallel with the railroad track at a periphery of the railroad track with a certain distance from the railroad track.
  • a distributed acoustic optical sensor is installed to detect a sound emitted by a train when the train passes. In this case, when the trains pass in opposite directions, when the trains cross each other in the urban environment, there is a problem that it is difficult to grasp the state of the train when the train is stopped.
  • acoustic signals unique to respective trains are periodically generated to distinguish trains, so that even when the trains cross or stop, it is possible to grasp the running state of the trains.
  • At least one acoustic signal generator 100 provided for each train generates an acoustic signal of a specific frequency
  • the acoustic signal scatters back to the optical fiber to generate a backscattered optical signal that differs from frequency to frequency.
  • the backscattered optical signals are collected by the acoustic signal relay 200 and transmitted to the railroad running condition monitoring apparatus 300 through the wired / wireless communication network.
  • the railroad running condition monitoring apparatus 300 receives the sound signals transmitted from the plurality of trains To analyze the operation status of each train, display it on the screen, and take appropriate measures when a problem occurs on the train or railway track.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a sound signal generating apparatus for monitoring a railroad running state based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the sound signal generator 100 includes an input interface 110 for receiving setting information and control information for a sound signal through a network or a console of a train.
  • the input interface 110 may include a wired / wireless network interface to receive setting information and control information through a network, and may also include a console interface to allow the train to input setting information and control information. And may further include a memory interface storing the setting information and the control information.
  • the frequency setting unit 120 sets the frequency of the sound signal according to the setting information or the control information, and sets or controls the period for generating the sound signal through the period setting unit 130.
  • the frequency setting may be set to a specific frequency allocated to each train, and may be specified by changing a specific frequency according to the running time of the train or the running period of the train. This function is useful because it can include more information about the time or interval that each train traveled.
  • the period setting unit 130 sets a period for generating the sound signal, and it is also possible to set the on / off period of the sound signal, but it is also possible to set a period for repeating the sound signal having the predetermined pattern.
  • the pattern may be a pattern of a frequency at which a sound signal is generated for a predetermined time or an on-off pattern of a sound signal.
  • an acoustic signal is generated by driving the acoustic oscillator 150 through the acoustic driver 140.
  • the acoustic driver 140 is an element that drives electric or mechanical means for generating sound waves such as a horn for generating an ultrasonic wave, a transmission body, a power synthesizer, a radiator, a vibration system, and an amplifier.
  • the acoustic oscillation unit 150 generates sound waves such as a horn, a transmission body, a power synthesizer, a radiator, a vibration system, and an amplifier, which generate sound waves by driving the acoustic driver 140.
  • the sound oscillating unit 150 includes all means for generating sound.
  • the acoustic signal generated by the acoustic signal generator 100 may be installed in the front vehicle and the rear vehicle in a train connected to a plurality of vehicles to detect information on the length of the train. Also, the sound signal generator 100 is installed in some vehicles of the train to detect whether or not the vehicle is separated from the train.
  • the acoustic signal generator 150 generates an acoustic signal having a unique frequency for each train, so that a plurality of trains cross or run simultaneously, a noise source exists around the train, or a combination thereof So that the state of the train can be independently monitored.
  • the acoustic signal relay device 200 will be described in detail. If the acoustic signal relay device 200 is directly connected to the location of the railroad condition monitoring device 300, the acoustic signal relay device 200 may be connected to the railroad condition monitoring device 300 And the acoustic signal relay device 200 may be installed at a predetermined location near the railway, and then the electric signal may be transmitted to the railway running condition monitoring device 300 via the wired / wireless communication network again.
  • the acoustic signal generating apparatus 100 includes at least one or more trains including at least one vehicle traveling on a railroad track, Each train transmits an acoustic signal that includes a unique frequency, period, pattern, or combination thereof. Through the acoustic signal, it is possible to detect the condition of railway, train or combination thereof.
  • the acoustic signal generating apparatus receives the profile from the network or console to generate the acoustic signal according to a profile including a unique frequency, period, pattern, or combination thereof for each train
  • the state of the train can be independently monitored even in an environment where a plurality of trains cross or run simultaneously, a noise source exists around the train, or a combination thereof, A plurality of vehicles installed in the front vehicle and the rear vehicle in the traveling train, and detecting information on the difference between the length and the sound between the vehicles, , A railroad track failure, or a combination thereof.
  • each train can be independently monitored in accordance with an acoustic signal profile provided for each train even in an environment in which a plurality of trains cross, travel, or operate in the presence of a noise source around the train, or a combination thereof .
  • a sound signal generating device when installed in a front vehicle and a rear vehicle in a train on which a plurality of vehicles are connected and installed in a plurality of vehicles, information on the difference between the length and sound of the vehicle can be sensed. In this way, it is possible to detect the state information of the vehicle and the railway track of the train including the fault of the train, the separation of the vehicle, the failure of the train, the failure of the railroad track, or a combination thereof.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an acoustic signal relaying apparatus for monitoring a railroad traveling state based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic signal relay apparatus 200 receives an optical signal transmitted through a distributed acoustic optical sensor in a photoelectric conversion unit 210 and converts the received optical signal into an electrical signal .
  • the converted electrical signal includes characteristic information about a frequency component of an acoustic signal generated by the acoustic signal generator 100.
  • the signal analyzing unit 220 extracts feature information on the acoustic signal of the specific frequency converted by the photoelectric conversion unit 210.
  • 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. And extracts acoustic information including a frequency component, a signal distribution, a signal pattern, or a combination thereof of a specific acoustic signal from the collected optical signal.
  • the signal analyzing unit 220 analyzes and extracts the pattern of the acoustic 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.
  • the sound information extracting unit 230 uses the extracted feature information to output sound information including a frequency, a signal distribution, a signal pattern, or a combination of sounds corresponding to the feature information.
  • the acoustic information extracting unit extracts an acoustic signal stored in advance in the database corresponding to the extracted acoustic signal.
  • the extracted sound information is transmitted to the railroad running condition monitoring apparatus 300 through the wired / wireless network.
  • the acoustic information may be extracted locally from the railroad running condition monitoring apparatus 300.
  • the acoustic signal relaying apparatus 200 may be installed close to the railroad running condition monitoring apparatus 300.
  • the system for monitoring the railway running condition based on the dispersive acoustooptic sensor is a system for monitoring the state of a railway running on a railway, A dispersive acoustic optical sensor disposed adjacent to the railway for transmitting a signal, and an acoustic signal relay for receiving an optical signal from the dispersive acoustic optical sensor and transmitting acoustic information possessed by the acoustic signal.
  • the acoustic signal repeater receives the optical signal, converts the optical signal into an electrical signal, analyzes the acoustic signal based on the converted electrical signal, and extracts acoustic information from the acoustic signal. Therefore, the state of the train and the railway can be independently analyzed even in an environment in which a plurality of trains cross, run, run, or have a noise source around the train, or a combination thereof.
  • the acoustic signal repeater may analyze the length between the leading vehicle and the trailing vehicle in the train on which the plurality of vehicles are connected by receiving the optical signal, analyze the difference between the plurality of vehicles, Or the combination thereof, the state information of the train and the railroad including the fault of the train, the detachment of the vehicle, the failure of the train, the failure of the railroad track, or a combination thereof is detected.
  • the acoustic signal is transmitted at a predetermined frequency in the head vehicle, the aft vehicle, or a plurality of vehicles, and is transmitted from both sides of the vehicle so as to be able to be installed on either side of the railroad track
  • the acoustic signal can be well received by the dispersive acoustic optical sensor.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for monitoring the state of a railroad driving based on a dispersive acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus for monitoring the railway running condition based on the dispersive acoustic optical sensor receives each sound information from the plurality of sound signal relay apparatuses 200, Information is stored in the database 350.
  • the stored acoustic information for each train includes a frequency of sound, a signal distribution, a signal pattern, or a combination thereof.
  • the acoustic information analyzer 320 analyzes the information included in the acoustic information for each train, Analyze whether it is directly or indirectly affecting or potentially influencing.
  • the train tracking unit 330 analyzes the acoustic information measured for each of the trains, checks the location information and time information of the train, and then maps the actual position and state of the train to an electronic map or a train route map Track.
  • the running state of the train can be monitored in real time, and the failure of the train or the line can be predicted and coped with.
  • the present invention detects a state including a fault of a train through a dispersed acoustic optical sensor, a failure, a failure of a railway track, and the like.
  • a distributed acoustic photo sensor capable of receiving only a specific frequency of sound is installed in the vicinity of a railway or a railway, and an acoustic sound of a specific frequency or a sound of the specific pattern is transmitted from the front and the rear of the train, It is possible to monitor the state of the train by analyzing the acoustic signals transmitted at the front and rear of the train.
  • the present invention can monitor the passage time of trains at the front and back of a train by using an acoustic sensor to solve a problem that a braking device is broken during the operation of a train and some railroad cars are separated or damaged.
  • the monitoring uses a sound sensor to detect whether the trail passes through a specific point on the railway at a time interval after the train has passed, that is, after the head has passed, and can be used to monitor the running state of the train.
  • the present invention is for monitoring the running state of a train with less cost and error through a dispersive acoustooptic sensor. Since the dispersive acoustooptic sensor designates and uses a specific frequency, Precisely monitoring the state of how the leading and trailing passes through a specific point, and precisely tracking the location of the problem on the train or track, thereby facilitating maintenance of the position.
  • an apparatus for monitoring a railroad running condition based on a dispersive acoustic optical sensor comprising: a plurality of trains, each of which trains on a railway track, Collecting sound information possessed by the acoustic signal from a dispersive acoustic optical sensor provided adjacent to the railway which transmits the backscattered optical signal, analyzing acoustic information on the collected railway, train, or combination thereof, And monitoring the status of the railway, train, or combination thereof.
  • FIG. 5 is a flowchart for monitoring the operation of a railway based on a distributed acoustic optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • a frequency of an acoustic signal, a generation period of an acoustic signal Generates a sound signal according to the profile including the sound signal, and transmits the sound signal (S110).
  • the profile of the generation of the acoustic signal may be stored in advance for each train, stored in the portable memory and set by the driver, or may be requested by the network in the railroad running condition monitoring apparatus according to the present invention.
  • a frequency, a period, and a pattern are set according to the profile thus requested, and the acoustic driver 140 drives the acoustic oscillator 150 to generate and transmit a desired acoustic signal.
  • the acoustic oscillation unit 150 may not be limited to a specific acoustic signal generation system, but may be constructed by electrical, mechanical, or a combination thereof according to various methods.
  • the acoustic signal including the acoustic signal, the sound generated in the train, An optical signal is generated and transmitted through the optical fiber (S120).
  • the intended acoustic signal may be uniquely defined by a profile including a unique frequency, period, and pattern set for each train.
  • the acoustic signal relaying apparatus 200 receives the optical signal from the dispersive acoustic optical sensor, extracts acoustic information, and relays the extracted acoustic information to the railroad running condition monitoring apparatus 300 (S130). For this purpose, the received optical signal is converted into an electric signal, and then the electric signal is compared with the electric signal for the stored sound signal, and then the acoustic signal is extracted, and the result is transmitted to a railroad running condition monitoring device (300).
  • the acoustic signal relay device 200 may be embedded in the railroad running condition monitoring device 300, the acoustic signal relay device 200 may convert the optical signal into acoustic information and classify and store the acoustic signal for each train Lt; / RTI > module.
  • the railway running condition monitoring apparatus 300 receives the acoustic information for each train, and analyzes whether there is an abnormality in the running state of the train (S140).
  • the railroad running condition monitoring apparatus 300 analyzes the acoustic information for each train, and determines the state of the train and the surrounding state (Step S150).
  • the alarm is output as an audible signal or a visible signal by integrating the result of tracking the train and analyzing the acoustic signal.
  • an administrator can monitor the status of trains and railways running through the entire railway network through the monitor.
  • the train operation manager of the train engine or the control center can request to change the set values remotely.
  • the acoustic signal generating apparatus 100 provided in each train receives the request from the network or the console of the train.
  • the profile (frequency, frequency, and the like) for generating the intended acoustic signal, Period, and pattern), and generates and transmits the corresponding acoustic signal.
  • the distributed acoustooptic sensor used in the present invention is installed along the railroad track and transmits all the acoustic information generated in the vicinity of the railroad track to the railroad running condition monitoring device, so that it is very useful for collectively managing complex railroad networks.
  • the present invention intentionally generates sound to the dispersive acoustic optical sensor installed adjacent to the railway track in a running train, And can be clearly analyzed and detected.
  • the railway running condition monitoring system proposed in the present invention is capable of tracking the trajectory of trains by analyzing the optical signals of the dispersive acoustooptic sensor, so that the system development is simple and easy, , Even if complex sounds are introduced in the vicinity, the fear of false positives is reduced.
  • the interval of the train can be accurately measured, so that even when trouble due to the separation of the train occurs, it can be detected quickly and easily.
  • the optical sensor there is no electromagnetic interference, and it is advantageous against humidity. Therefore, it is advantageous to apply to the monitoring of the railway running state in a complex intertwined railway network.
  • Management can detect real time when a problem occurs and prevent or minimize damage.

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Abstract

본 발명은 DAS(Distributed Acoustic Sensing)를 통한 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 철로를 따라 분산음향광센서를 설치한 상태에서 특정 열차에서 열차가 운행 중에 발생시키는 소리와 구분되는 의도된 음향신호를 발생하여 상기 분산음향센서를 통해 특정 열차와 해당 열차가 운행하고 있는 철로의 상태를 포함한 철도운행 상태를 감시하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법
본 발명은 DAS(Distributed Acoustic Sensing)를 통한 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 철로를 따라 분산음향광센서를 설치한 상태에서 특정 열차에서 일반 열차의 소리와 구분되는 의도된 음향신호를 발생하여 상기 분산음향센서를 통해 특정 열차와 해당 열차가 운행하고 있는 철로의 상태를 포함한 철도운행 상태를 감시하는 시스템 및 그 감시 방법에 관한 것이다.
분산음향광센서는 광파이버를 통해서 광범위한 영역에서 발생하는 음향 정보를 수집하여 해당 지역을 모니터링(감시)하는 데 사용될 수 있고, 상기 분산음향광센서(DAS)를 열차 추적 시스템에 적용하면, 열차운행의 안전성 확보 및 사고 발생 시 즉각적인 조치로 피해를 최소화할 수 있다.
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 철도운행 상태 감시 시스템을 개발하고 있다. 특히 사막, 산악지역, 열대우림 등 사람이 근접하기 힘든 구간, 터널 구간 등에는 이러한 철도운행 상태 감시 시스템의 필요성이 더욱 크다.
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.
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.
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.
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 존재한다.
따라서 본 발명에서는 각 열차에서 미리 할당된 주파수의 의도적인 음향을 발생하도록 하여 각 열차마다 상태를 구분하여 모니터링하거나 제어할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
다음으로 본 발명의 기술 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.
먼저 미국공개특허 제2015-0000415 A1호(2015.01.01.)는 열차 분리 감지에 관한 것으로, 하나 이상의 철도 차량/캐리지가 우연히 열차의 나머지 부분과 분리되는 열차 분리를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 방법은 철도를 따라 복수의 종 방향 음향 센서 부분들을 제공하여 적어도 하나의 광섬유에서 분산된 음향 감지를 수행한다. 음향 반응은 열차 분리를 나타내는 징후(signature)를 검출하기 위해 분석된다. 이 방법은 열차의 서로 다른 두 부분과 관련된 음향 이벤트를 검출하고 두 이벤트 사이의 간격이 임계값을 초과할 때를 검출하는 것을 포함하며, 또한 열차의 전방 및 열차의 후방을 식별하고 전후방 사이의 거리가 임계치 이상으로 변화하는 것을 검출한다. 또는 트랙 피쳐를 통과하는 바퀴 세트와 관련된 소리가 인접 객차(화물차)의 바퀴 세트 사이의 간격을 결정하고 간격이 임계값을 초과할 때를 결정하는데 사용된다. 임계값은 트랙 피처를 통과하는 동일한 객차(화물차)의 바퀴 세트 사이의 간격에 기초 할 수 있다.
상기 선행기술은 열차 분리를 감지하기 위해 분산음향광센서를 사용하나, 여전히 본 발명에서 문제점으로 제시하는 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있어, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에 여전히 오탐지의 우려가 있다.
또한 미국등록특허 제9580092 B2호 (2017.02.28.)는 철도 시스템에서 궤도차량을 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 철도 트랙 옆에 배치되고 광 펄스가 공급되는 적어도 하나의 광 도파관을 제공하고, 상기 광 도파관을 분산음향광센서로 사용하고, 후방산란광을 검출하는 것을 포함한다. 엄격한 안전 요구 사항을 비교적 쉽게 충족시키도록 구성하기 위해서, 비상사태를 나타내는 방식으로 주파수 스펙트럼의 관점에서 조정될 수 있는 음향발생기를 갖는 철도차량이 사용되며, 음향발생기가 활성화되면, 음향발생기의 조정된 비상 주파수 스펙트럼에 해당하는 주파수 스펙트럼이 후방 산란된 빛에서 검출되면 철도차량의 비상 신호가 획득되는 철도시스템이 제공된다.
상기 선행기술은 비상상태에 철도차량의 운전자가 음향발생기를 작동시키면 음향발생기는 비상사태를 표시해 주파수 스펙트럼을 가진 음향신호를 방출하여 철도시스템에 비상 신호가 전달되도록 하는 것으로, 운전자가 능동적으로 비상상태임을 판단하여 비상신호를 철도시스템에 전달하는 것이므로, 본 발명에서 각 열차마다 설정된 소정의 주파수를 가지는 음향신호를 지속적으로 발생함으로써, 상기 선행기술의 철도운행 상태 감시 시스템에서 철로나 열차의 상태를 감시하는 것과 기술적 특징에 차이점이 있다. 즉, 본 발명은 열차에서 지속적으로 전송하는 음향신호를 분석하여 열차나 철로의 상태를 파악하는 것(수동적)이므로, 상기 선행기술에서 제시한 운전자에 의한 비상신호를 전달하여 비상상태라는 정보를 제공하는 것(능동적)과 동작개념이 상이하다.
본 발명은 분산음향광센서를 통한 열차의 재동이상, 고장, 철로의 고장여부 등을 포함한 상태를 검출하는 것으로, 철로나 철로의 주변에 특정 주파수의 음향을 수신할 수 있는 분산음향광센서를 설치하고, 열차의 선두와 후미에서 특정 주파수의 음향 또는 상기 특정 패턴의 음향을 주기적으로 송신하여, 상기 분산음향광센서를 통해 전달되어 온 광신호로부터 상기 열차의 선두와 후미에서 송신한 음향신호를 해석하여 열차의 운행 상태를 감시하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 열차가 운행 도중에 제동장치에 이상이 생겨 일부 객차가 분리되거나 철로에 손상을 입히는 문제를 해결하기 위해서 음향센서를 이용하여 열차의 선두와 후미의 통과시간을 모니터링함으로써, 저렴하고 효과적으로 열차의 재동이상여부를 검출하는 방법과 그 장치를 제시하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 음향센서를 이용하여 열차의 운행 상태, 즉 선두가 지나간 다음 얼마의 시간 간격으로 후미가 철로의 특정 지점을 지나가는지 검출함으로써, 열차의 운행 상태를 모니터링하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 열차가 운행 도중에 제동장치의 공기압 이상으로 인해서 제동이 걸린 상태에서 운행을 지속함으로써, 철로와 객차의 바퀴가 과열되고, 이로 인해서 철로와 객차의 바퀴가 손상을 입는 경우가 빈번하게 발생하고 있으며, 이러한 상태가 지속되면 결국 대형 사고로 이어지게 되는 문제를 해결하기 위해서 열차의 바퀴에서 나는 소음을 측정하여 해당 소음이 제동이상으로 인한 것인지 구분하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 분산음향광센서를 통해 보다 저렴하고 오차없이 열차의 운행 상태를 모니터링하기 위한 것으로, 분산음향광센서는 특정 주파수를 지정하여 사용하므로, 열차의 진동이나 소음에 무관하게 해당 열차의 선두와 후미가 특정 지점을 어떻게 통과하는지 그 상태를 정밀하게 모니터링할 수 있고, 문제가 발생한 위치를 열차 혹은 선로 상에서 정밀하게 추적하여 해당 위치에 대한 유지보수가 용이하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철로 상을 운행하는 적어도 하나 이상의 차량을 포함하는 적어도 하나 이상의 열차에서, 상기 열차의 적어도 하나 이상의 부분에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출하는 음향신호 발생장치를 포함하며, 상기 음향신호를 통해서 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감지하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 음향신호 발생장치는, 상기 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 상기 음향신호를 생성하도록 상기 프로파일을 네트워크 또는 콘솔로부터 입력받으며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 하며, 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되거나 복수의 차량에 설치되어, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지하도록 함으로써, 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템은, 철로 상을 운행하는 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 열차에 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서 및 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 전달하는 음향신호 중계장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 음향신호 중계장치는, 상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 포함하며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있는 것을 특징으로 한다. 아울러 상기 음향신호 중계장치는, 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 검출하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템은, 적어도 하나 이상의 열차에 대해서, 철로 상을 운행하는 각 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 각 열차마다 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 수집하며, 상기 수집한 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 음향정보를 분석하여, 상기 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법은, 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 철로 상을 운행하는 열차의 적어도 하나 이상의 부분에서 발생시킨 각 열차에서 고유한 주파수로 송출된 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 수신하는 단계 및 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 상태를 분석하는 단계는, 상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 더 포함하며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상태를 분석하는 단계는, 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 수행하며, 상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명의 철도 운행상태 감시(모니터링) 시스템 및 그 방법에 따르면, 본 발명에서는 운행 중인 열차에서 철로에 인접하여 포설된 분산음향광센서 쪽으로 의도적으로 음향을 발생하여, 철도운행 상태 감시 시스템에서 간단하고 명확하게 분석 및 탐지하도록 한다. 기존의 철도운행 상태 감시 시스템에서는 여러 가지 특정 물체 및 상황을 구분하기 위해 학습 등 어려운 알고리즘이 필요하였지만, 본 발명에서 제시하는 시스템은 단순 필터링을 통해 열차의 운행 궤적을 추적할 수 있어 시스템 개발이 단순하고 용이하며, 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있어, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에도 오탐지의 우려가 줄어드는 효과가 있다.
특히 열차의 선두와 선미에 서로 다른 주파수의 음향을 발생하도록 설치하게 되면, 열차의 간격을 정확하게 측정할 수 있어, 열차의 분리 등으로 인한 문제가 발생하였을 경우에도 신속하고 용이하게 탐지할 수 있으며, 또한 열차의 상태를 추적 관리할 수 있는 효과가 있다.
광센서의 경우 전자파 간섭이 없고, 습기에 강한 장점이 있어, 복잡하게 얽혀있는 철도망에서의 철도운행 상태 감시 시스템에 적용하기 유리하며, 특히 전 구간을 연속적으로 관리할 수 있는 장점이 있고, 이러한 연속적인 관리는 문제 발생 시 실시간으로 감지하여 피해를 방지 또는 최소화한다는 점에서 재난방지에 중요한 측면이 있다.
또한 철도운행 상태 감시 시스템을 설치하는 경우, 일반적인 IoT 단말은 전 구간을 관리하기 위해 많은 수의 단말을 사용하여야 되기 때문에 유지보수 및 관리가 어려운 단점이 있다. 그러나 분산음향광센서는 수동형 센서이기 때문에, 전원이 필요한 제어 시스템의 수요가 최소화(현재 500키로 구간에 5대 필요) 되어 유지보수관리가 쉽고, 비용 절감에도 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 발생장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 중계장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 수행하는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 개념을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 철도운행 상태 감시 시스템(10)을 최상위 시스템으로 하여, 상기 철도운행 상태 감시 시스템(10)은 음향신호 발생장치(100), 분산음향광센서, 음향신호 중계장치(200) 및 철도운행 상태 감시 시스템(300)를 포함한다. 여기서 철도운행 상태 감시 시스템은 또한 음향신호 발생장치(100), 분산음향광센서, 음향신호 중계장치(200) 및 철도운행 상태 감시 장치(300)를 포함하는 개념이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위해서, 본 발명은 각 열차마다 고유한 주파수의 음향신호를 발생하여 송출함으로써, 각 열차마다 고유한 운행 상태 감시가 가능하도록 한다. 감시한 결과에 따라 운용자는 무선통신이나 위성통신을 이용하여 열차를 제어하거나, 열차의 설정값을 변경할 수 있다. 이러한 개념은 철도의 운행 상태를 감시하는 기능에 더하여 제어하는 기능으로 분류할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도운행 상태 감시 시스템(10)은 철도운행 상태 감시 장치(300)를 통해서 감시한 결과를 이용하여 열차나 철도시스템을 제어하도록 정보를 제공하는 역할을 수행한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따르면 철로와 일정거리로 이격하여 철로의 주변에 분산음향광센서가 상기 철로에 평행하여 포설되어 있다. 종래에는 분산음향광센서를 포설하여 단순히 열차가 지나갈 때 열차가 내는 소리를 감지하도록 구성하고 있다. 이 경우에는 열차가 서로 반대방향으로 지나갈 때, 도심환경에서 열차가 서로 교차하여 지나갈 때, 열차가 정지하고 있는 상태에는 해당 열차의 상태를 파악하기 어려운 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 각 열차마다 고유의 음향신호를 주기적으로 발생하여 열차를 구분하면서, 열차가 교차하거나 정지 상태에 있더라도 열차의 운행상태를 파악할 수 있도록 하고자 한다.
따라서 각 열차마다 적어도 하나 이상 구비하고 있는 음향신호 발생장치(100)에서 특정 주파수의 음향신호를 발생하면, 상기 음향신호가 광파이버에 후방산란을 일으켜 주파수마다 서로 상이한 후방산란 광신호를 발생한다.
이러한 후방산란 광신호는 음향신호 중계장치(200)에서 수집되어 유무선통신망을 통해서 철도운행 상태 감시 장치(300)에 전달되며, 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)는 복수의 열차로부터 전달되어온 음향신호를 분석하여 각 열차에 대한 운행 상태를 파악하여, 화면에 디스플레이하여 열차나 철로에 문제가 발생한 경우 적절한 조치를 취하도록 한다.
이하에서는 상기 설명한 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 각 구성 요소들의 구체적인 기능과 구성에 대해서 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 발생장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 음향신호 발생장치(100)는 네트워크나 열차의 콘솔을 통해서 음향신호에 대한 설정정보나 제어정보를 입력받도록 입력인터페이스(110)를 구비한다. 상기 입력 인터페이스(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 구비한다. 또한 상기 설정정보나 제어정보를 저장한 메모리 인터페이스를 더 구비할 수 있다.
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. 이러한 기능은 각 열차가 운행한 시간이나 구간에 대한 정보를 더 포함할 수 있디 때문에 유용하다.
상기 주기 설정부(130)는 음향신호가 발생하는 주기를 설정하는 것으로, 음향신호의 온오프 주기를 설정하는 것도 가능하지만, 일정한 패턴을 가진 음향신호가 반복되는 주기를 설정하는 것도 가능하다. 상기 패턴은 일정 시간동안 음향신호가 발생하는 주파수의 패턴이거나 음향신호의 온오프 패턴일 수 있다.
이렇게 음향신호의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합이 설정되거나 제어되면 이에 따라 음향구동부(140)를 통해서 음향발진부(150)를 구동하여 음향신호가 발생된다. 여기서 음향구동부(140)는 초음파 등을 발생하는 혼, 전송체, 파워합성기, 방사체, 진동계, 증폭기 등 음파를 발생하기 위한 전기적이거나 기계적인 수단을 구동하는 일체를 말한다. 또한 음향발진부(150)는 상기 음향구동부(140)의 구동에 의해서 음파를 발생하는 상기 혼, 전송체, 파워합성기, 방사체, 진동계, 증폭기 등 음파를 발생하는 일체를 말한다. 상기 음향발진부(150)는 음향발생을 위한 일체의 수단을 포함한다.
상기 음향신호 발생기(100)에서 발생한 음향신호는 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되어, 상기 열차의 길이에 대한 정보를 감지하도록 하는 것이 가능하다. 또한 상기 음향신호 발생기(100)는 상기 열차의 일부 차량에 설치되어 차량이 열차에서 분리되었는지 여부를 감지하는 데에도 활용된다.
또한 상기 음향신호 발생기(150)는 열차마다 고유의 주파수를 가진 음향신호를 발생함으로써, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 한다.
이어서 상기 음향신호 중계장치(200)에 대해서 자세하게 설명하고자 한다. 상기 음향신호 중계장치(200)는 철도운행 상태 감시 장치(300)가 위치한 장소까지 분산음향광센서가 직접 연결되는 있는 경우에는 상기 음향신로 중계장치(200)를 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)와 동일한 장소에 설치되고, 철로 근처의 일정 장소에 음향신호 중계장치(200)가 설치된 다음 전기적인 신호를 다시 유무선 통신망을 통해서 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)에 전송할 수도 있다.
이상에서 알 수 있듯이 본 발명의 일 실시예에 따른 음향신호 발생장치(100)는 철로 상을 운행하는 적어도 하나 이상의 차량을 포함하는 적어도 하나 이상의 열차에서, 상기 열차의 적어도 하나 이상의 부분에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출한다. 이렇게 발생한 음향신호를 통해서 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감지하는 것이 가능해 진다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음향신호 발생장치는, 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 상기 음향신호를 생성하도록 상기 프로파일을 네트워크 또는 콘솔로부터 입력받으며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 하며, 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되거나 복수의 차량에 설치되어, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지하도록 함으로써, 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출한다.
여기서 음향신호의 주파수, 주기, 패턴은 음향신호를 발생하기 위한 프로파일로 관리하는 것이 편리하나, 개별적으로 주파수, 주기, 패턴을 별도로 관리하여도 무방하다. 이러한 프로파일은 네트워크를 통해서 입력받아 설정하는 것이 가능하고, 열차에서 입력장치 콘솔(예: 키보드 등)을 통해서 바로 입력하는 것도 가능하다. 또한 메모리에서 저장된 프로파일 정보를 로딩하여 설정하는 것도 가능하다.
복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 각 열차마다 부여된 음향신호 프로파일에 따라 각 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있게 된다.
또한 복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 음향신호 발생장치가 설치되거나 복수의 차량에 설치하게 되면, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지할 수 있다. 이렇게 하면 상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 음향신호 중계장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향신호 중계장치(200)는 광전변환부(210)에서 분산음향광센서를 통해서 전달된 광신호를 수신하고 이를 전기신호로 변환한다.
상기 변환된 전기신호는 음향신호 발생장치(100)에서 생성한 음향신호의 주파수 성분에 대한 특징정보가 포함되어 있다. 신호해석부(220)는 광전변환부(210)에서 변환된 특정 주파수의 음향신호에 대한 특징정보를 추출한다.
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.
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.
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.
상기 추출된 음향정보는 유무선 네트워크를 통해서 철도운행 상태 감시 장치(300)로 전송된다. 한편, 상기 음향정보는 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)의 로컬에서 추출될 수도 있으며, 이를 위해서는 상기 음향신호 중계장치(200)가 철도운행 상태 감시 장치(300)와 근접하여 설치될 수도 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템은, 철로 상을 운행하는 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 열차에 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서 및 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 전달하는 음향신호 중계장치를 구비한다.
즉, 상기 음향신호 중계장치는 상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출한다. 따라서, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있다.
아울러 상기 음향신호 중계장치는, 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.
여기서 상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 할 수 있다.
이어서 본 발명의 일 실시예에 따른 철도운행 상태 감시 장치(300)의 구성에 대해서 자세하게 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
또한 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치는 복수의 음향신호 중계장치(200)로부터 각각의 음향정보를 수신하고 열차별로 구분하여 상기 음향정보를 데이터베이스(350)에 저장한다.
이렇게 저장된 열차별 음향정보는 음향의 주파수, 신호분포, 신호패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 것으로, 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.
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.
상기 추적한 위치와 시간에 해당 열차의 표시를 출력하고, 상기 분석한 각 열차의 상태정보를 텍스트 메시지나 영상으로 출력한다. 이렇게 하여 열차의 운행 상태를 실시간으로 감시할 수 있고, 이로부터 열차나 선로의 고장을 미리 예측하여 대응할 수 있다.
본 발명은 분산음향광센서를 통한 열차의 재동이상, 고장, 철로의 고장여부 등을 포함한 상태를 검출한다. 이를 위해서, 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 선두와 후미에서 송신한 음향신호를 해석하여 열차의 상태를 감시할 수 있다.
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.
상기 모니터링은 음향센서를 이용하여 열차의 운행상태, 즉 선두가 지나간 다음 얼마의 시간간격으로 후미가 철로의 특정 지점을 지나가는지 검출하는 것이며, 이를 이용하여 열차의 운행 상태를 모니터링할 수 있다.
또한 본 발명은 분산음향광센서를 통해 보다 저렴하고 오차없이 열차의 운행상태를 모니터링하기 위한 것으로, 상기 분산음향광센서는 특정 주파수를 지정하여 사용하므로, 열차의 진동이나 소음에 무관하게 해당 열차의 선두와 후미가 특정 지점을 어떻게 통과하는지 그 상태를 정밀하게 모니터링하여, 문제가 발생한 위치를 열차 혹은 선로상에서 정밀하게 추적하여 해당 위치에 대한 유지보수가 용이하도록 한다.
즉, 본 발명의 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 장치는 적어도 하나 이상의 열차에 대해서, 철로 상을 운행하는 각 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 각 열차마다 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 수집하며, 상기 수집한 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 음향정보를 분석하여, 상기 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 것을 포함한다.
이어서 본 발명에서 제시하고 있는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 위한 각 개별 장치들의 동작을 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시를 수행하는 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나 이상의 열차에 각각 구비되어 있는 음향신호 발생기(100)에서 음향신호의 주파수, 음향신호의 발생주기 및 음향신호의 발생패턴을 포함한 프로파일에 따라 음향신호를 발생하고, 이를 송신한다(S110).
여기서 음향신호의 발생에 대한 프로파일은 각 열차마다 미리 저장되어 있을 수도 있으며, 이동식 메모리에 저장되어 운전자가 설정할 수도 있고, 본 발명에 따른 철도운행 상태 감시 장치에서 네트워크로 요청될 수도 있다.
이렇게 요청된 프로파일에 따라 주파수, 주기 및 패턴을 설정하고, 음향구동부(140)에 의해서 음향발진부(150)을 구동함으로써, 원하는 음향신호가 발생되고, 또한 송출된다. 여기서 음향발진부(150)는 특정 음향신호 생성 방식을 한정하는 것이 아니라 다양한 방식에 따라 전기적, 기계적 또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.
상기 음향신호를 발생하여 외부로 송출한 경우, 본 발명에 따른 분산음향광센서에서 상기 의도된 음향신호, 열차에서 발생하는 음향, 철로 주변에서 발생하는 음향 등을 포함한 음향신호에 따라 후방산란에 의한 광신호가 발생하여 광파이버를 통해 전달된다(S120). 여기서 상기 의도된 음향신호는 각 열차마다 설정된 고유의 주파수, 주기, 패턴을 포함하는 프로파일에 의해 각각 고유하게 정의될 수 있다.
음향신호 중계장치(200)에서는 상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 음향정보를 추출하고 추출한 음향정보를 철도운행 상태 감시 장치(300)로 중계한다(S130). 이를 위해서 수신된 광신호는 전기신호로 변환되고, 다시 전기신호를 기 저장된 음향신호에 대한 전기신호와 비교하여 해석한 다음, 음향정보를 추출하고, 그 결과를 유무선 네트워크를 통해서 철도운행 상태 감시 장치(300)로 전송한다. 여기서 음향신호 중계장치(200)는 철도운행 상태 감시 장치(300)의 내부에 내장될 수도 있으므로, 상기 음향신호 중계장치(200)는 광신호를 음향정보로 변환하여 각 열차마다 분류하여 저장하는 기능을 수행하는 하나의 모듈이 될 수도 있다.
이어서 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)에서 각 열차에 대한 음향정보를 수신하고, 해당 열차의 운행 상태에 대한 이상 유무를 분석한다(S140).
상기 음향정보는 각 열차마다 고유의 것으로 구분될 수 있기 때문에, 상기 철도운행 상태 감시 장치(300)는 각 열차별로 음향정보를 분석하고, 해당 열차와 열차가 운행하고 있는 철로의 상태 및 주변 상태에 대한 음향정보를 토대로 열차를 추적하며, 음향신호를 분석하고 해당 열차를 추적한 결과를 종합하여 가청신호 혹은 가시신호로 알람을 출력한다(S150).
예를 들어 열차의 관제센터에서 관리자가 모니터를 통해서 전체 철도망을 통해서 운행하고 있는 열차와 철로의 상태를 종합적으로 관제할 수 있게 된다.
또한 열차의 기관사나 관제센터의 열차 운행 관리자는 각 열차에 대한 음향신호의 설정값을 변경할 필요가 있다고 판단되면(S160), 해당 설정값을 원격에서 변경하도록 요청할 수 있다. 각 열차에 구비된 음향신호 발생장치(100)는 이러한 요청을 네트워크나 열차의 콘솔에서 수신하고, 이 경우, 각 열차에서 변경 요청된 고유 주파수를 가진 의도된 음향신호를 생성하기 위한 프로파일(주파수, 주기, 패턴)을 변경하고 해당 음향신호를 생성하고 송출하게 된다.
이러한 과정을 통해서 적어도 하나 이상의 열차가 철도망을 따라 운행하고 있는 경우, 실시간으로 모든 열차의 운행 상태를 원격관제 센터에서 종합적으로 관게할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 분산음향광센서는 철로를 따라 포설되어 있고, 철로의 주변에서 발생하는 모든 음향정보를 철도운행 상태 감시 장치에 전달하므로, 복잡한 철도망을 일괄적으로 관리하는데 매우 유용하다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서와 같이 본 발명의 철도운행 상태 감시 시스템 및 그 방법에 따르면, 본 발명에서는 운행중인 열차에서 철로에 인접하여 포설된 분산음향광센서 쪽으로 의도적으로 음향을 발생하여, 철도운행 상태 감시 장치에서 간단하고 명확하게 분석 및 탐지할 수 있다.
본 발명에서 제시하는 철도운행 상태 감시 시스템은 분산음향광센서의 광신호를 분석하여 열차의 운행 궤적을 추적할 수 있어 시스템 개발이 단순하고 용이하며, 열차가 서로 교차하여 운행하거나 주위가 오픈되어 있어, 주위에서 복잡한 음향이 유입되는 경우에도 오탐지의 우려가 줄어든다.
특히 열차의 선두와 선미에 서로 다른 주파수의 음향을 발생하도록 설치하게 되면, 열차의 간격을 정확하게 측정할 수 있어, 열차의 분리 등으로 인한 문제가 발생하였을 경우에도 신속하고 용이하게 탐지할 수 있다. 광센서의 경우 전자파 간섭이 없고, 습기에 강한 장점이 있어, 복잡하게 얽혀있는 철도망에서의 철도 운행상태 감시에 적용하기 유리하며, 특히 전 구간을 연속적으로 관리할 수 있는 장점이 있고, 이러한 연속적인 관리는 문제 발생 시 실시간으로 감지하여 피해를 방지 또는 최소화할 수 있다.
또한 일반적인 IoT 단말을 이용한 철도 운행상태 감시 시스템의 경우, 전 구간을 관리하기 위해 많은 수의 단말을 사용하여야 되기 때문에 유지보수 및 관리가 어려운 단점이 있으나, 본 발명에 따른 분산음향광센서는 수동형 센서이기 때문에, 전원이 필요한 제어 시스템의 수요가 최소화(현재 500키로 구간에 5대 필요) 되어 유지보수와 관리가 쉽고 단순하여 비용 절감에도 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 철로 상을 운행하는 적어도 하나 이상의 차량을 포함하는 적어도 하나 이상의 열차에서, 상기 열차의 적어도 하나 이상의 부분에 구비되어 각 열차마다 고유한 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 음향신호를 송출하는 음향신호 발생장치;를 포함하며,
    상기 음향신호를 통해서 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 음향신호 발생장치는,
    상기 열차마다 고유의 주파수, 주기, 패턴 또는 이들의 조합을 포함하는 프로파일에 따라 상기 음향신호를 생성하도록 상기 프로파일을 네트워크 또는 콘솔로부터 입력받으며, 복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차의 상태를 독립적으로 감시할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 음향신호 발생장치는,
    복수의 차량이 연결되어 운행하는 열차에서 선두차량과 후미차량에 설치되거나 복수의 차량에 설치되어, 상기 차량 사이의 길이와 음향의 차이에 대한 정보를 감지하도록 함으로써,
    상기 열차의 재동이상, 차량의 분리, 열차의 고장, 철로의 고장 또는 이들의 조합을 포함한 열차의 차량과 철로의 상태 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  4. 철로 상을 운행하는 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 열차에 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서; 및
    상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 전달하는 음향신호 중계장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 음향신호 중계장치는,
    상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 포함하며,
    복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있으며,
    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 검출하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 음향신호는, 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  7. 적어도 하나 이상의 열차에 대해서, 철로 상을 운행하는 각 열차의 특정 부분에서 발생시킨 상기 각 열차마다 고유한 주파수를 가진 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 전달하는 상기 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 음향신호가 가지고 있는 음향정보를 수집하며,
    상기 수집한 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 음향정보를 분석하여, 상기 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 감시하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 분석은,
    복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있으며,
    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 검출하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 음향신호는, 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 시스템.
  10. 철로에 인접하여 설치된 분산음향광센서로부터 상기 철로 상을 운행하는 열차의 적어도 하나 이상의 부분에서 발생시킨 각 열차에서 고유한 주파수로 송출된 음향신호에 반응하여 후방산란된 광신호를 수신하는 단계; 및
    상기 분산음향광센서로부터 광신호를 수신하여 철로, 열차 또는 이들의 조합에 대한 상태를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 상태를 분석하는 단계는,
    상기 광신호를 수신하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 토대로 음향신호를 해석하여, 해당 음향신호로부터 음향정보를 추출하는 것을 더 포함하며,
    복수의 열차가 교차하여 운행하거나, 동시에 운행하거나, 상기 열차의 주위에 소음원이 존재하거나 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서도 상기 열차와 철로의 상태를 독립적으로 분석할 수 있는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 상태를 분석하는 단계는,
    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 수행하며,
    상기 음향신호는, 상기 선두차량과 후미차량 또는 복수의 차량들에서는 미리 지정된 주파수로 송출되며, 차량의 양 옆에서 송출되어 열차가 어느 쪽으로 운행하더라도 또는 상기 분산음향광센서가 철로의 어느 쪽에 설치되어 있더라도 음향신호가 상기 분산음향광센서에 양호하게 도달되도록 하는 것을 특징으로 하는 분산음향광센서 기반 철도운행 상태 감시 방법.
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