KR101132854B1 - Train position detection apparatus and its method by power line communication using trolley line - Google Patents
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Abstract
전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명은 열차위치를 검지하며 열차운행을 제어하고 관리하는 지상제어장치, 상기 지상제어장치와 일반통신선로로 연결되며 전차선의 전력선통신선로를 연계하는 변전소 및 상기 변전소와 연결되며 열차위치를 검지하고 열차속도를 제어하는 차상제어장치를 포함하여 이루어진다.
이에 의하면, 전력선통신방식을 적용하기 때문에 추가적인 장치가 필요 없어 유지보수가 단순하여 경제적이며 기존 무선방식에 비해서 알고리즘이 매우 단순하여 프로그램의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 심각한 장애 시 정차하고 있는 열차위치를 확인할 수 있어 신속한 장애처리를 할 수 있다.Disclosed are a train position detecting apparatus and a method for detecting a train position by power line communication using a tram line. The present invention is connected to the ground control device for detecting and controlling the train operation and control the train operation, the ground control device and the general communication line, and the substation to connect the power line communication line of the tram line and the substation and detect the train location It includes a vehicle control device for controlling the train speed.
According to this, since the power line communication method is applied, no additional device is required, maintenance is simple, economical, and the algorithm is very simple compared to the existing wireless method, thereby increasing the reliability of the program. In addition, it is possible to check the location of trains that are stopped in case of serious failure, so that they can quickly deal with the failure.
Description
본 발명은 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력선통신기술(PLC), 동기화기술 및 임펄스 송,수신기술을 이용하여 정상적으로 운행중이거나 이상사고로 열차가 정차중일 때 열차의 위치를 열차운행 관제실에서 실시간으로 파악하여 열차운행의 효율성과 안전성을 높일 수 있도록 하는 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a train position detection device and method for detecting a train position by power line communication, and more particularly, by using a power line communication technology (PLC), synchronization technology and impulse transmission, reception technology in normal operation or an abnormal accident The present invention relates to a train position detecting device and a method for detecting a train position by electric power line communication using a tramline that can identify the train position in a train operation control room in real time while the train is stopped.
현재 사용하고 있는 열차위치검지기술은 매우 다양한 방법을 사용하고 있다. 가장 많이 사용하고 있는 방법은 궤도회로(track circuit)를 사용하는 것이지만 최근에는 무선통신기술을 적용한 방법을 사용하여 열차위치를 높은 정밀도로 검지할 수 있다. 철도에서 사용하는 대표적인 무선통신은 누설동축케이블(LCX), wireless LAN, 이동전화통신기술 및 RFID기술을 사용하고 있다. 이러한 무선통신기술과 속도센서 또는 주행거리계를 이용하여 열차위치를 검지하고 있다.
The current train location detection technology uses a variety of methods. The most popular method is to use a track circuit, but recently, a method using a wireless communication technology can detect a train position with high precision. Typical wireless communication used in railway uses leaky coaxial cable (LCX), wireless LAN, mobile communication technology and RFID technology. The location of trains is detected using these wireless communication technologies and speed sensors or odometers.
도 1a는 종래 기술에 따른 열차에서 속도센서 또는 주행거리계를 이용하여 열차가 주행한 거리를 연산하는 방법에 관한 도면이다. 열차주행거리를 연산하는 과정에서 발생하는 오류를 보완하기 위해서 선로에 설치되어 있는 RFID기술을 사용하는 지상자의 절대위치값을 이용한다. 열차는 오류값이 보정된 열차위치값을 LCX, 무선LAN 또는 이동전화통신망과 같은 무선장치를 이용하여 지상의 열차제어장치로 전송한다.1A is a diagram illustrating a method of calculating a distance traveled by a train using a speed sensor or a odometer in a train according to the related art. In order to compensate for the errors in the process of calculating the train mileage, the absolute position value of the ground man using the RFID technology installed on the track is used. The train transmits the train position value of which the error value is corrected to the train control device on the ground by using a wireless device such as LCX, wireless LAN or mobile telephone network.
전기동차를 대상으로 한 열차속도연산은 일반적으로 전동기의 회전수를 사용한다. 주전동기의 회전수는 감속기어비에 맞추어 감속되어 차륜으로 전달된다. 따라서 열차속도는 다음 식으로 표현할 수 있다.Train speed calculations for electric vehicles generally use the number of revolutions of the motor. The rotational speed of the main motor is reduced to the gear ratio and transmitted to the wheel. Therefore, the train speed can be expressed by the following equation.
V : 열차속도[km/h]V: Train speed [km / h]
n : 주전동기회전수[rpm]n: main motor speed [rpm]
D : 차륜직경[m]D: Wheel diameter [m]
G : 기업비[상수]
G: Company cost [constant]
열차속도는 주전동기 회전수, 차륜직경에 비례하고, 감속기어비에 반비례한다. 또한 위식을 이용하여 열차가 주행한 거리를 연산할 수 있으며, 식은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Train speed is proportional to the main motor speed and wheel diameter and inversely proportional to the reduction gear ratio. In addition, the distance traveled by the train can be calculated using the above equation, which can be expressed as follows.
L : 열차주행거리[km]
L: Train driving distance [km]
열차의 차륜직경과 감속기어비는 열차속도와 열차주행거리 계산에 미치는 영향이 매우 미미한 요소이며, 전동기회전수를 검지하는 속도센서가 열차속도와 열차주행거리 계산에 매우 큰 영향을 미친다. 특히 열차속도를 적분하여 열차주행거리를 연산하는 경우, 속도센서가 갖고 있는 오차를 포함하기 때문에 장거리를 주행하면 열차주행거리값의 정확도에 영향을 준다.The wheel diameter of the train and the reduction gear ratio have a very small effect on the calculation of train speed and train mileage, and the speed sensor that detects motor revolutions has a great influence on the calculation of train speed and mileage. In particular, when calculating the train travel distance by integrating the train speed, since the speed sensor includes an error, driving the long distance affects the accuracy of the train travel distance value.
이에 열차속도센서대신에 열차주행거리계(odometer)를 사용하고, 열차가 주행한 값을 먼저 추출하고 이것을 기준으로 하여 열차속도를 연산할 수 있다. 열차가 단거리를 주행하든 장거리를 주행하든 적정수준의 정밀도를 갖기 위해서 로그스캐일(logarithm scale)을 사용한다. 예를 들어 상용로그값의 소수부분(가수, mantissa)을 8bits를 사용하는 경우, ±0.5%의 정밀도를 확보할 수 있다. 지수부분은 4bits를 사용한다.
The train odometer is used instead of the train speed sensor, and the train travel value can be extracted first and the train speed can be calculated based on this. The logarithm scale is used to achieve the right level of precision, whether the train is traveling short or long distances. For example, if 8 bits are used for the fractional part of the common log value, the accuracy of ± 0.5% can be obtained. The exponent part uses 4 bits.
열차주행거리 L = Train driving distance L =
N/256 : 가수N / 256: Singer
M : 지수M: exponent
N : 스텝수(0 ~ 255를 갖음)
N: number of steps (having 0 ~ 255)
열차속도는 위에서 구한 열차주행거리값을 시간으로 미분하여 연산을 한다.The train speed is calculated by differentiating the train driving distance value obtained above from time.
열차속도 V =Train speed V =
도 1b는 종래의 또 다른 방법으로서 EPLRS(Enhanced Position & Location Reporting System)을 이용하여 열차위치를 검지하는 방법에 관한 도면이다. 이 방법은 열차에 있는 무선장치(장치1)와 지상에 있는 무선장치간(장치2)에 데이터를 전송할 때 발생되는 통신지연시간을 추출하고, 선로선형정보와 삼각측량법을 적용하여 열차위치를 검지하는 방법이다.FIG. 1B is a diagram illustrating a method for detecting a train position using an enhanced position & location reporting system (EPLRS) as another conventional method. This method extracts the communication delay time that occurs when transmitting data between the radio device (device 1) on the train and the device (device 2) on the ground, and detects the train location by applying line linear information and triangulation method. That's how.
장치1과 장치2는 TDMA에 의해서 서로 동기화 되어있다. 그렇지만 장치별로 갖는 고유성에 의해서 정확하게 동기화가 되지 않고 약간의 차이를 갖는데 이것을 오프셋이라 한다. 슬롯N일 때 장치1에서 장치2로 정보를 전송하는데 바로 전송되지 않고 약간의 지연을 갖는데 지연시간은 TOA1이다. 슬로N+M일 때 장치2에서 장치1로 정보를 전송하는데 이때도 지연시간을 갖으며 TOA2이다. TOA1과 TOA2는 모두 오프셋을 포함한다. 그렇지만 TOA1과 TOA2를 합하면 오프셋이 없어지고 순수한 전파지연시간만 갖는다. 따라서 전파지연시간은 다음과 같이 표시한다.Device 1 and Device 2 are synchronized with each other by TDMA. However, due to the uniqueness of each device, it is not synchronized correctly and there is a slight difference. This is called an offset. In slot N, the device 1 has a slight delay in transmitting information from device 1 to device 2, but the delay time is TOA1. When slot N + M, information is transmitted from device 2 to device 1, which also has a delay time and is TOA2. Both TOA1 and TOA2 contain an offset. However, when TOA1 and TOA2 are combined, there is no offset and only pure propagation delay time. Therefore, the propagation delay time is expressed as follows.
지연시간 = (TOA1 + TOA2)/2Delay = (TOA1 + TOA2) / 2
전파가 전송되는 속도는 광속이므로 장치1과 장치2간의 거리는 다음과 같이 표시할 수 있다.Since the speed at which radio waves are transmitted is the speed of light, the distance between device 1 and device 2 can be expressed as follows.
장치간 거리 L = 광속 * 지연시간
Distance between devices L = luminous flux * delay time
장치간 거리값의 정확도와 정밀도를 높이기 위해서 장치1은 장치2뿐만 아니라 다른 장치와도 통신을 하여 여러 개의 거리값을 산출하고, 이를 삼각측량법에 적용하여 장치1의 현재 위치를 확인할 수 있다.
In order to increase the accuracy and precision of the distance between devices, device 1 may communicate with other devices as well as device 2 to calculate a plurality of distance values, and apply the result to triangulation to check the current location of device 1.
이상 적용된 기존의 열차위치검지방법과 장치를 적용하여 열차운행제어와 관리에 활용하고 있다.
The existing train location detection methods and devices are applied to the train operation control and management.
도 1a에 도시한 무선통신을 적용한 방법은 기존 궤도회로방식에 비해서 열차위치를 높은 정밀도로 추적하고, 선로변에 설치되는 장치의 수량이 대폭적으로 줄어들기 때문에 신뢰성이 높아지고 유지관리비용이 절감되는 등의 장점을 갖고 있다. 그러나 무선LAN의 경우 송신출력이 낮기 때문에 지상에 설치되는 무선장치를 선로변에 촘촘하게 설치해야하며, 이동전화통신방식의 경우 송신출력이 높기 때문에 지상에 설치되는 무선장치의 간격이 매우 넓지만 터널, 지하 등에는 별도의 통신매체를 설치해야 한다.The method of applying the wireless communication shown in FIG. 1A tracks the train position with higher precision than the conventional track circuit method, and the number of devices installed on the side of the track is drastically reduced, thereby increasing reliability and reducing maintenance costs. Has the advantage of. In case of wireless LAN, however, the transmission power is low. Therefore, the radio equipment installed on the ground should be installed closely on the side of the track. In the case of the mobile communication system, the transmission power is high. A separate communication medium should be installed in the basement.
열차운행의 이상상황에 의해서 차상의 열차제어장치에 장애가 발생하여 열차가 정차하였다가 출발하는 경우 현재의 열차위치값을 정확히 알고 있어야 한다. 그러나 열차에서 열차위치를 검지하는 경우, 이상상황에서 검지한 열차위치정보를 상실하거나 검지한 열차위치정보와 실제 열차위치정보간에 많은 오류가 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 소프트웨어적인 방법, 기구적인 방법 또는 열차운영방법을 적용하고 있으나 근본적인 문제점을 해결하지 못하고 있다.
When the train stops and departs due to the failure of the onboard train control system due to the abnormal situation of train operation, the current train position value should be known exactly. However, when detecting the train position in the train, a lot of errors occur between the train position information detected in the abnormal situation or the train position information detected and the actual train position information. In order to solve this problem, the software method, mechanical method or train operation method is applied, but the fundamental problem cannot be solved.
도 1b에 도시한 EPLRS와 같이 무선전파지연시간을 이용하는 경우, 차상열차제어장치에 장애가 발생하여도 장애문제가 해결되면 지상에서 통신채널을 확보한 후 지연시간을 측정하여 열차위치를 다시 검지할 수 있어 차상에서 열차위치를 검지하는 방식보다 높은 안전성을 확보한다. 그러나 이 방식은 전파지연시간과 열차가 주행하는 선로선형정보를 토대로 삼각측량을 하여 열차위치를 검지한다. 열차위치검지값의 정밀도를 높이기 위해서는 선로변에 무선장치를 많이 설치하여야 하며, 경량전철과 같이 곡선반경이 작고 구배가 큰 경우 가시각을 확보하기 위해서 무선장치를 보다 많이 설치하여야 하는 문제가 있다.
In the case of using the radio propagation delay time as shown in EPLRS shown in FIG. It ensures higher safety than the way of detecting train position in the car. However, this method detects the train position by triangulation based on the propagation delay time and the track linear information of the train. In order to increase the accuracy of the train position detection value, a lot of radio devices should be installed on the side of the track. If the radius of curvature is small and the gradient is large, such as a light train, there is a problem that more radio devices should be installed to secure a viewing angle.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 전력선통신기술을 전차선에 적용하여 열차위치를 검지하고 열차위치검지정보를 열차운행제어관리에 활용하여 열차운행의 안전성과 효율성을 높일 수 있도록 된 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치 및 그 방법을 제공하고자 함에 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, by applying the power line communication technology to the tram line to detect the train position and use the train position detection information in the train operation control management, the safety and efficiency of the train operation The purpose of the present invention is to provide a train position detecting apparatus and method for detecting a train position by power line communication using a catenary which can be increased.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치는, 열차위치를 검지하며 열차운행을 제어하고 관리하는 지상제어장치, 상기 지상제어장치와 일반통신선로로 연결되며 전차선의 전력선통신선로를 연계하는 변전소, 및 상기 변전소와 연결되며 열차위치를 검지하고 열차속도를 제어하는 차상제어장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Train position detection device for detecting the train position by the power line communication using the tram line of the present invention for achieving the above object, the ground control device for detecting and controlling the train location, the ground control device and the general communication line It is characterized in that it comprises a substation connected to the power line communication line of the tram line, and a vehicle control device connected to the substation and detects the train position and controls the train speed.
또한, 상기 지상제어장치는 열차위치정보를 토대로 통신선로를 선정하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the ground control device is characterized in that for selecting the communication line based on the train location information.
또한, 상기 변전소는 지상제어장치와 차상제어장치간에 정보전송을 담당하는 신호결합장치; 상기 신호결합장치에서 전송하는 변조신호를 지상제어장치의 통신사양에 맞추어 복조하고 지상제어장치의 신호를 신호결합장치에 맞추어 변조하는 변복조장치; 및 상기 변복조장치에 연결되어 변전소위치를 위치연산의 기준으로 하여 구간에 있는 열차의 위치를 연산하기 위한 동기화모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The substation may further include a signal coupling device that is responsible for transmitting information between the ground control device and the onboard control device; A demodulation and demodulation device for demodulating the modulated signal transmitted from the signal coupling device according to the communication specification of the ground control device and modulating the signal of the ground control device according to the signal coupling device; And a synchronization module connected to the submodulation and demodulation device for calculating the position of the train in the section based on the position of the substation.
또한, 상기 차상제어장치는 열차내에 설치된 변복조장치와 연결되며, 상기 변복조장치와 연결된 신호결합장치를 통하여 변전소에 연결되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the on-vehicle control device is connected to the demodulation device installed in the train, characterized in that connected to the substation through a signal coupling device connected to the modulation and demodulation device.
또한, 상기 지상제어장치 또는 차상제어장치가 전차선 또는 열차의 심각한 장애로 인하여 열차위치를 확인할 수 없는 경우는 임펄스장치를 활용하여 열차위치를 연산하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the ground control device or the on-vehicle control device can not determine the train position due to serious obstacles in the tram line or train, it characterized in that it comprises calculating the train position by using an impulse device.
또한, 상기 열차위치는 임펄스파를 투입할 때의 시간과 반사되어 돌아오는 시간을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the train position is characterized by calculating using the time when the impulse wave is input and the return time reflected.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지방법은, 통신초기화를 위해 변전소의 변복조장치인 모뎀과 열차의 변복조장치인 모뎀이 동기화모듈에 의해서 동기화 되는 단계, 송신측의 변복조장치인 모뎀에서 송신시간을 데이터패킷에 포함하여 수신측의 변복조장치인 모뎀으로 전송하는 단계, 상기 수신측의 모뎀에서 수신한 정보를 제어장치로 송신시에 송신시간을 데이터패킷에 포함하여 전송하는 단계, 상기 송신측 모뎀과 수신측 모뎀간의 거리를 연산하는 단계, 상기 모뎀간의 거리와 변전소의 위치 데이터를 기준으로 열차위치를 연산하는 단계, 및 상기 열차위치의 연산된 값이 허용에러를 초과하는 경우는 상기 동기화단계부터 다시 시작하며 허용에러를 초과하지 않는 경우에는 열차위치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the train position detection method for detecting the train position by the power line communication using the tram line according to an embodiment of the present invention, the modem of the sub-modulation and demodulation device of the substation and the modem of the train demodulation device for the initialization of the communication is synchronized by the synchronization module (B) transmitting a transmission time from a modem, which is a modulation / demodulation device on the sending side, to a modem, which is a modulation / demodulation device on the receiving side, and transmitting a transmission time when transmitting information received by the modem on the receiving side to a control device. Including a packet and transmitting the data; calculating a distance between the transmitting modem and the receiving modem; calculating a train location based on the distance between the modem and the position data of the substation; and the calculated value of the train location. If the allowable error is exceeded, start again from the synchronization step. If the allowable error is not exceeded, the train And determining the position.
본 발명에 따른 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치 및 그 방법에 의하면 전력선통신방식을 적용하기 때문에 추가적인 장치가 필요 없어 유지보수가 단순하여 경제적이며 기존 무선방식에 비해서 알고리즘이 매우 단순하여 프로그램의 신뢰성을 높일 수 있다. According to the present invention, a train position detecting apparatus and a method for detecting a train position by power line communication using a catenary according to the present invention do not require additional equipment because the power line communication method is applied, and thus maintenance is simple and economical. It's so simple that you can make your program more reliable.
또한 심각한 장애 시 정차하고 있는 열차위치를 확인할 수 있어 신속한 장애처리를 할 수 있다.In addition, it is possible to check the location of trains that are stopped in case of serious failure, so that they can quickly deal with the failure.
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도 1a는 종래 무선통신을 이용한 열차에서 열차위치를 검지하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 1b는 종래 도착시간 측정을 통한 열차 위치 결정 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 열차위치검지장치 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 지상제어장치와 변전소 내부에 포함되는 장치 그리고 전차선의 연결관계를 나타내는 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 열차의 내부에 포함되는 차상제어장치와 기타 장치 그리고 전차선의 연결관계를 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 송신측의 모뎀에서 데이터패킷을 보내고 수신측의 모뎀에서 데이터패킷을 수신하는 경우 시간차를 이용해 열차위치를 검지하는 방법을 나타내는 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 지상제어장치 또는 차상제어장치에서 변전소의 위치, 모뎀간의 거리값을 이용하여 열차위치를 연산하는 과정을 나타내는 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 전차선 또는 열차의 심각한 장애로 인하여 열차위치를 확인할 수 없는 경우에 임펄스 장치를 활용하여 열차위치를 연산하는 개념도.1A is a view for explaining a method for detecting a train position in a train using conventional wireless communication;
Figure 1b is a view for explaining a train positioning method by measuring the conventional arrival time,
2 is a conceptual diagram of a train position detecting apparatus according to the present invention;
3 is a block diagram illustrating a connection relationship between a ground control device, a device included in a substation, and an electric vehicle line according to the present invention;
4 is a block diagram illustrating a connection relationship between a vehicle control apparatus and other devices included in an interior of a train according to the present invention, and a tram line;
5 is a conceptual diagram illustrating a method for detecting a train position using a time difference when a data packet is sent from a modem of a transmitter and a data packet is received from a modem of a receiver according to the present invention;
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of calculating a train position by using a position of a substation and a distance value between modems in a ground control device or a vehicle control device according to the present invention; FIG.
7 is a conceptual diagram for calculating the train position by using an impulse device when the train position can not be confirmed due to a serious obstacle of the tram line or the train according to the present invention.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a specific embodiment for implementing the spirit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.2 is a view schematically showing the configuration of a train position detection apparatus for detecting a train position by power line communication using a tram line according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치는 변전소(30), 일반통신선로(L1)를 통해서 변전소(30)와 연결되는 지상제어장치(10) 그리고 변전소(30)와 전력선통신(Power line communication, 이하 PLC)선로(L2)를 통해서 연결되는 차상제어장치(20)를 포함할 수 있다.2, the train position detection device for detecting the train position by the power line communication using the tram line in accordance with an embodiment of the present invention is connected to the
열차에 전력을 공급하는 상기 PLC선로(L2)는 변전소(30)에 연결되어 전력을 공급받을 수 있다. 상기 PLC선로(L2)는 복수 개의 구간으로 구획되어 제공될 수 있으며, 각 구간마다 변전소(30)에 연결될 수 있다.The PLC line L2 for supplying power to the train may be connected to the
상기 지상제어장치(10)는 일반통신선로(L1)를 통하여 변전소(30)와 통신하는 기능을 수행하고 변전소(30)로부터 수신한 데이타를 토대로 열차위치를 연산하며 열차운행을 제어하고 관리하는 기능을 수행한다. 상기 지상제어장치(10)는 열차위치정보를 토대로 통신선로를 설정하는 기능을 수행한다. 열차(50)가 구간M에 있는 경우에 열차(50)와 더 가까운 곳에 위치한 변전소(30)와 통신을 하며, 열차(50)가 구간 M+1으로 이동하면 열차(50)와 더 가까운 곳에 위치한 변전소(40)와 통신을 한다.The
상기 차상제어장치(20)는 열차(50)내에 설치되며 전력선통신선로(L2)를 통하여 변전소(30)와 통신을 수행하며 변전소(30)로부터 수신한 데이타를 토대로 열차위치를 연산하고 열차속도를 제어하는 기능을 수행한다.
The on-
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지상제어장치와 변전소 내부에 포함되는 장치 그리고 전차선의 연결관계를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a connection relationship between a ground control apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, a device included in a substation, and a catenary.
도 3을 참조하면, 열차제어측면에서 변전소(30)에는 지상제어장치(10)와 상기 차상제어장치(20)간에 안정적인 정보전송을 담당하는 신호결합장치(31), 변복조장치(MODEM)(32)와 동기화모듈(33)이 설치되어 있다.Referring to FIG. 3, the
상기 신호결합장치(31)는 상기 PLC선로(L2)와 변복조장치(32)를 전기적으로 절연하는 것과 임피던스 결합을 담당하는 전기장치이다.The
상기 변복조장치(32)는 상기 신호결합장치(31)에서 전송하는 변조신호를 상기 지상제어장치(10)의 통신사양에 맞추어 복조하고 반대로 상기 지상제어장치 (10)의 신호를 상기 신호결합장치(31)에 맞추어 변조한다.The demodulation and
상기 변전소(30)의 동기화모듈(33)과 열차의 동기화모듈(53)은 상기 변전소 (30)위치를 위치연산의 기준으로 하여 구간에 있는 열차의 위치를 연산하는 목적으로 사용된다.
The
도 4는 본 발명에 따른 열차의 내부에 포함되는 차상제어장치와 기타 장치 그리고 전차선의 연결관계를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a connection relationship between an on-vehicle control device and other devices included in the train according to the present invention, and a catenary.
도 4를 참조하면, 열차(50)에는 차상제어장치(20)가 설치되며, 차상제어장치 (20)과 상기 지상제어장치(10)간에 안정적인 정보전송을 담당하는 신호결합장치 (51), 변복조장치(MODEM)(52)와 동기화모듈(53)이 설치되어 있다.Referring to Figure 4, the
열차에는 변전소에 있는 상기 신호결합장치(51), 변복조장치(52), 동기화모듈(53) 및 차상제어장치(20)가 설치된다. 열차(50) 내에 설치된 신호결합장치(51), 변복조장치(52) 및 동기화모듈(53)의 역할은 상기 변전소(30)의 경우와 같다.The train is provided with the signal coupling device 51, the submodulation and
상기 변전소(30)의 동기화모듈(33)과 상기 열차의 동기화모듈(53)은 상기 변전소(30)위치를 위치연산의 기준으로 하여 구간에 있는 열차의 위치를 연산하는 목적으로 사용된다.
The
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신측의 모뎀에서 데이터패킷을 보내고 수신측의 모뎀에서 데이터패킷을 수신하는 경우 시간차를 이용해 열차위치를 검지하는 방법을 나타내는 개념도 이다.5 is a conceptual diagram illustrating a method for detecting a train position using a time difference when a data packet is sent by a modem of a transmitter and a data packet is received by a modem of a receiver according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 구간 M에 전력을 공급하는 상기 변전소(30)의 변복조장치( 모뎀A)와 구간 M을 주행하는 열차(50)의 변복조장치(모뎀B)는 상기 동기화모듈 (33,53)에 의해서 시간이 동기화되어 있다. 상기 변전소(30)의 변복조장치(모뎀A)가 상기 지상제어장치(10)에서 전송한 데이터 패킷을 t = T0[s]에 상기 열차(50)의 변복조장치(모뎀B)로 전송한다. 상기 모뎀B는 t=T1[s]에 상기 모뎀A에서 송신한 데이터패킷을 받는다. 상기 모뎀A에서 모뎀B로 정보를 전송하는데 소요된 시간은 T1이 된다.Referring to FIG. 5, the demodulation device (modem A) of the
모뎀A -> 전차선 -> 모뎀B로 데이터가 전송되는 속도가 V[m/s]이면, 모뎀A와 모뎀B간의 거리를 다음과 같이 연산할 수 있다.If the speed at which data is transmitted from modem A to tram line to modem B is V [m / s], the distance between modem A and modem B can be calculated as follows.
거리[m] = V[m/s] × T1[s]
Distance [m] = V [m / s] × T1 [s]
상기 모뎀A와 모뎀B간의 거리 값이 변하는 것을 추적하면 열차(50)의 주행방향과 열차(50)위치 연산에 오류가 있는지를 확인할 수 있다.By tracking the change in the distance between the modem A and the modem B, it is possible to determine whether there is an error in the driving direction of the
예를 들어 모뎀A와 모뎀B간의 거리 값이 줄어들면 열차(50)가 변전소 방향으로 주행하는 것으로 판단할 수 있으며, 거리 값이 커지면 열차(50)가 변전소 역방향으로 주행하는 것으로 판단할 수 있다. 또한 연산 된 거리 값이 허용된 에러폭을 초과하는 경우가 빈번하게 발생하면 동기화모듈 및 연산과정 등에 오류가 발생할 것을 확인할 수 있다.
For example, when the distance value between modem A and modem B decreases, it may be determined that the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지상제어장치 또는 차상제어장치에서 변전소의 위치, 모뎀간의 거리값을 이용하여 열차위치를 연산하는 과정을 나타내는 순서도 이다.6 is a flowchart illustrating a process of calculating a train position by using a position of a substation and a distance value between modems in a ground control apparatus or a vehicle control apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 상기 차상제어장치(20) 또는 지상제어장치(10)에서 열차위치를 연산하기 위해서 통신초기화를 수행하고, 변복조장치인 모뎀은 데이터를 송신할 때 송신한 시간(T0)을 데이터패킷에 포함한다. 또한 모뎀은 수신한 데이터패킷을 상기 차상제어장치(20) 또는 지상제어장치(10)로 전송할 때 수신한 시간(T1)을 데이터패킷에 포함한다. 상기 차상제어장치(20) 또는 지상제어장치(10)는 구간M에 있는 변전소의 위치, 모뎀간 거리 값을 이용하여 열차위치를 연산한다.Referring to FIG. 6, the on-
모뎀 간의 거리(L) = 데이터가 전송되는 속도(V) × (T1- T0)Distance between modems (L) = speed at which data is transmitted (V) × (T1-T0)
열차위치(P) = 변전소 기준위치 + 모뎀 간의 거리(L)Train position (P) = substation reference position + distance between modems (L)
상기 열차위치 연산 값이 허용에러를 초과하는지 여부를 판단하여 허용에러 이내인 경우에는 열차위치를 결정하며 허용에러를 초과하는 경우에는 통신초기화부터 다시 시작한다.If the train position calculation value exceeds the allowable error, the train position is determined if the allowable error is within the allowable error.
전차선은 열차가 주행하는 레일을 따라서 설치되기 때문에 모뎀간 거리는 변전소와 열차간 거리와 같다. 고속철도 또는 지하철의 경우 열차의 길이가 200[m] ~ 300[m]이며, 전원을 집전하는 집전장치는 열차의 선두 또는 후미에 설치된다. 일부 전동차의 경우 열차 중간에 설치되는 경우도 있다. 통신을 초기화할 때 사용할 열차모뎀의 위치를 확인한다.
Because the tram lines are installed along the rails on which the train travels, the distance between modems is equal to the distance between substations and trains. In the case of high-speed trains or subways, trains range from 200 [m] to 300 [m] in length, and current collectors that collect power are installed at the front or rear of the train. Some trains are installed in the middle of trains. Check the position of the train modem to use when initializing communication.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전차선 또는 열차의 심각한 장애로 인하여 열차위치를 확인할 수 없는 경우에 임펄스 장치를 활용하여 열차위치를 연산하는 개념도 이다.FIG. 7 is a conceptual diagram of calculating train positions by using an impulse device when the train position cannot be identified due to a serious obstacle of a catenary or a train according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 전차선(L2) 또는 열차(50)의 심각한 장애로 인하여 열차위치를 확인할 수 없는 경우를 고려하여 임펄스장치를 활용하여 열차위치를 추적한다. 일반적으로 임펄스파를 사용하는 목적은 통신선로의 채널특성을 확인하는 목적으로 사용하며, 임펄스파를 전차선(L2)에 투입하면 수신 측인 변전소(30) 또는 차량변압기에 흡수되지 않는 일부 신호는 그림과 같이 반사되어 송신단으로 돌아온다. 임펄스파를 투입할 때의 시간과 반사되어 돌아오는 시간을 이용하여 부하단의 위치를 계산할 수 있다. 열차위치는 다음과 같이 구할 수 있다.Referring to FIG. 7, the train position is tracked by using an impulse device in consideration of the case where the train position cannot be identified due to a serious obstacle of the tram line L2 or the
변전소에서 열차까지의 거리[m] = {전송속도 V[m/s] × (T1 - T0)[s]} / 2
Distance from substation to train [m] = {transmission speed V [m / s] × (T1-T0) [s]} / 2
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 응용 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예 및 응용 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments and applications of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments and applications described above, the invention without departing from the gist of the invention claimed in the claims Various modifications may be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.
10:지상제어장치 20:차상제어장치
30,40:변전소 50:열차
L1:일반통신선로 L2:전력선통신선로,전차선
31,51:신호결합장치 32,52:변복조장치
33,53:동기화모듈 10: ground control device 20: onboard control device
30,40: Substation 50: Train
L1: General communication line L2: Power line communication line, tram line
31, 51:
33,53: Sync module
Claims (7)
상기 지상제어장치와 일반통신선로로 연결되며 전차선의 전력선통신선로를 연계하는 변전소; 및
상기 변전소와 연결되며 열차위치를 검지하고 열차속도를 제어하는 차상제어장치를 포함하며,
상기 지상제어장치는 열차위치정보를 토대로 통신선로를 선정하는 것을 포함하는 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치.
A ground control device that detects a train location and controls and manages train operation;
A substation connected to the ground control device and a general communication line and connecting a power line communication line of a tram line; And
It is connected to the substation and includes a vehicle control device that detects the train position and controls the train speed,
The ground control device is a train position detection device for detecting a train position by power line communication using a tram line including selecting a communication line based on train position information.
상기 변전소는 지상제어장치와 차상제어장치간에 정보전송을 담당하는 신호결합장치;
상기 신호결합장치에서 전송하는 변조신호를 지상제어장치의 통신사양에 맞추어 복조하고 지상제어장치의 신호를 신호결합장치에 맞추어 변조하는 변복조장치; 및
상기 변복조장치에 연결되어 변전소위치를 위치연산의 기준으로 하여 구간에 있는 열차의 위치를 연산하기 위한 동기화모듈을 포함하는 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치.
The method of claim 2,
The substation may include: a signal coupling device that is responsible for transmitting information between the ground control device and the onboard control device;
A demodulation and demodulation device for demodulating the modulated signal transmitted from the signal coupling device according to the communication specification of the ground control device and modulating the signal of the ground control device according to the signal coupling device; And
Train position detection device connected to the demodulation device for detecting the train position by the power line communication using a train line including a synchronization module for calculating the position of the train in the section based on the position calculation of the substation position.
상기 차상제어장치는 열차내에 설치된 변복조장치와 연결되며, 상기 변복조장치와 연결된 신호결합장치를 통하여 변전소에 연결되는 것을 특징으로 하는 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치.
The method of claim 2,
The on-vehicle control device is connected to the demodulation device installed in the train, the train position detection device for detecting the train position by the power line communication using a catenary, characterized in that connected to the substation through a signal coupling device connected to the demodulation device.
상기 지상제어장치 또는 차상제어장치가 전차선 또는 열차의 장애로 인하여 열차위치를 확인할 수 없는 경우는 임펄스장치를 활용하여 열차위치를 연산하는 것을 포함하는 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치.
The method of claim 2,
If the ground control device or the on-vehicle control device cannot determine the train position due to an obstacle of a train line or a train, the train position detects the train position by power line communication using a train line including calculating a train position using an impulse device. Detection device.
열차위치는 임펄스파를 투입할 때의 시간과 반사되어 돌아오는 시간을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지장치.
The method of claim 5,
Train position is a train position detection device for detecting the train position by the power line communication using a tram line, characterized in that the calculation using the time when the impulse wave and the return time reflected.
송신측의 변복조장치인 모뎀에서 송신시간을 데이터패킷에 포함하여 수신측의 변복조장치인 모뎀으로 전송하는 단계;
상기 수신측의 모뎀에서 수신한 정보를 제어장치로 송신시에 송신시간을 데이터패킷에 포함하여 전송하는 단계;
상기 송신측 모뎀과 수신측 모뎀간의 거리를 연산하는 단계;
상기 모뎀간의 거리와 변전소의 위치 데이터를 기준으로 열차위치를 연산하는 단계; 및
상기 열차위치의 연산된 값이 허용에러를 초과하는 경우는 상기 동기화단계부터 다시 시작하며 허용에러를 초과하지 않는 경우에는 열차위치를 결정하는 단계를 특징으로 하는 전차선을 이용한 전력선통신으로 열차위치를 검지하는 열차위치검지방법.
Synchronizing the modem, which is a demodulation device of a substation, with a modem, which is a demodulation device of a train, for initialization of communication;
Transmitting, by the modem, which is a modulation / demodulation device on the transmission side, to a modem, which is a modulation / demodulation device on the receiving side, by including a transmission time in a data packet;
Transmitting transmission time including the transmission time in the data packet when transmitting the information received by the modem on the receiving side to the control device;
Calculating a distance between the transmitting modem and the receiving modem;
Calculating train positions based on the distance between the modems and the position data of the substation; And
If the calculated value of the train position exceeds the allowable error, start again from the synchronization step, and if it does not exceed the allowable error, detect the train position by power line communication using a catenary, characterized in that determining the train position. How to detect train location
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