KR101791881B1 - 열차 선로의 궤간 측정 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

열차 선로의 궤간 측정 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열차 선로의 궤간 측정 장치에 관한 것으로 제1 열차 선로의 영상을 획득하는 제1 레이저 스캐너, 제2 열차 선로의 영상을 획득하는 제2 레이저 스캐너, 측정 프레임의 경사각을 감지하는 측정 프레임 경사각 감지부, 그리고 제1 레이저 스캐너에 의해 획득된 제1 선로 영상을 이용하여 제1 열차 선로 간격을 산출하고, 제2 레이저 스캐너에 의해 획득된 제2 선로 영상을 이용하여 제2 열차 선로 간격을 산출하며, 제1 열차 선로 간격과 상기 제2 열차 선로 간격을 이용하여 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 현재 궤간을 산출하고, 측정 프레임 경사각 감지부에 의해 상기 측정 프레임이 경사진 상태이면 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도를 이용해 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 실제 궤간을 재산출하여 최종 궤간을 구하는 궤간 측정부를 포함한다.

Description

열차 선로의 궤간 측정 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR MEASURING OF TRACK GAUGE AND MEHTOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 열차 선로의 궤간 측정 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
열차 선로 내에서 열차의 주행 속도는 시속 80km 내지 300km로서, 열차가 안전하게 선로 위를 주행할 수 있도록 상시 선로의 상태를 점검하는 많은 안전 검사가 이루어져 한다.
안전 검사 중 하나로서, 서로 나란히 마주보게 설치되어 있는 두 개의 열차 선로 간의 간격인 궤간(rail gauge)를 측정하여 열차 선로의 뒤틀림 여부, 선로 휨 현상 또는 단선 등을 판정하고, 판정 결과에 따라 열차의 주행 상태를 제어해야 한다.
열차 선로의 궤간을 측정하는 측정 장비는 열차 하단에 위치한 대차부에 부착된 측정 프레임(measurement frame)에 위치하여 두 열차 선로를 각각 레이저 스캐너(laser scanner)로 촬영한 후 두 열차 선로 간의 궤간을 측정하게 된다.
이때, 레이저 스캐너는 해당 열차 선로에 수직하게 즉, 서로 대향하게 마주고 있는 두 열차 선로 즉, 제1 및 제2 열차 선로 각각의 상부면과 정면으로 대면하게 위치하지 않고 정해진 각도로 경사지게 측정 프레임에 장착되어 있다.
하지만, 측정 프레임의 자세는 열차 주행 중에 발생하는 충격이나 주행 중 흔들리는 열차 차체의 흔들림 등으로 인해 자세가 변하게 되고, 이러한 측정 프레임의 위치 변화로 인해 레이저 스캐너의 자세 역시 변경되어, 실질적으로 궤간 측정 시마다 레이저 스캐너의 자세가 초기 설정 위치에서 변하는 문제가 발생한다.
이처럼, 측정 프레임의 자세 변경으로 인해 제1 및 제2 열차 선로 위에 각각 위치한 제1 및 제2 레이저 스캐너의 자세가 변하면 제1 및 제2 레이저 스캐너의 경사각과 이에 따른 레이저 스캐너에서 해당 열차 선로로 조사되는 레이저 조사 각도 역시 변하게 된다.
제1 및 제2 열차 선로 간의 궤간 측정을 위해서는 제1 및 제2 레이저 스캐너에서 열차 선로 쪽으로 조사된 후 반사되어 입사되는 레이저 빛을 이용한 삼각 측량법 이용한다.
따라서, 궤간 크기는 제1 및 제2 레이저 스캐너의 설치 각도에 따라 달라지게 되므로, 제1 및 제2 레이저 스캐너의 경사각이 초기 경사각과 달라지게 되면 측정된 궤간의 크기 역시 달라지게 되어, 궤간 측정의 정확도가 떨어지는 문제가 발생하였다. 일반적으로 제1 및 제2 레이저 스캐너의 초기 설치 각도는 동일하므로 제1 및 제2 레이저 스캐너의 초기 경사각 역시 동일하다.
또한, 제1 및 제2 열차 레일의 두부면의 편평한 평탄면 부분의 폭은 일반적으로 약 20㎜가 되는데, 서로 마주보고 있는 두 열차 레일에 대해서 수직하게 제1 및 제2 레이저 스캐너가 각각 설치된 경우(즉, 설정 각도가 90°인 경우)에는 X축 방향으로 20㎜를 변화하는 동안 Z축 방향으로 40㎛ 이상 변화되어야 해당 레이저 스캐너는 각도 변화를 인지할 수 있다.
이는 기울기로 Δz/Δx = 40/20000 = 0.002 이상 변화되어야 함을 의미하고, 각도도 환산하면 tan-10.002 = 0.1146로서 약 0.115°이상 변화되어야 각도 변화를 인지할 수 있음을 의미한다. 즉, 제1 및 제2 레이저 스캐너가 수직하게 설치된 경우에는 각도 분해능은 0.1° 이상이 된다.
제1 및 제2 레이저 스캐너가 수직하게 설치되지 않고 경사지게 설치된 경우에는 경사 각도가 감소함에 따라(즉, 경사 정도가 증가함에 따라) 레이저 스캐너의 분해능은 나빠지게 된다.
예를 들어, 제1 및 제2 레이저 스캐너의 설치 각도가 45°인 경우, 해당 열차 레일의 두부면에 수직한 방향의 분해능은 165㎛가 되어 기울기로는 0.00825 이상, 각도로는 0.473°이상 변화되어야 해당 레이저 스캐너는 각도 변화를 감지할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 레이저 스캐너가 64°의 설치 각도를 갖는 경우, 해당 열차 레일의 두부면에 수직한 분해능이 208㎛까지 나빠져서 기울기로는 0.0104 이상, 각도로는 0.596°이상 변화되어야 레이저 스캐너는 각도 변화를 인지하게 된다. 즉, 레이저 스캐너의 각도 분해능이 약 0.6°로 나빠진다.
하지만, 종래에는 레이저 스캐너의 설치 각도 변화에 대한 별도의 보상 동작이 이루어지지 않고, 레이저 스캐너의 각도 분해능에 대한 보정 동작이 이루어지지 않고 이로 인한 궤간 측정의 정확도 역시 떨어지는 문제점이 발생한다.
한국 등록특허공보 등록번호 10-1392454(등록일자: 2014년 04월 29일, 발명의 명칭: 레이저건과 모눈 반사판을 이용한 궤간과 캔트 측정장치 및 그 방법)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열차 선로의 궤간 측정에 대한 정확도를 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 레이저 스캐너의 조사각에 따라 측정된 궤간의 크기를 실시간으로 보정하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치는 측정 프레임의 일측에 위치하고, 제1 열차 선로의 영상을 획득하는 제1 레이저 스캐너, 상기 측정 프레임의 타측에 위치하고, 상기 제1 열차 서로와 마주보게 이격되어 있는 제2 열차 선로의 영상을 획득하는 제2 레이저 스캐너, 상기 측정 프레임에 장착되어 상기 측정 프레임의 경사각을 감지하는 측정 프레임 경사각 감지부, 그리고 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너 및 상기 측정 프레임 경사각 감지부에 연결되어 있고, 상기 제1 레이저 스캐너에 의해 획득된 제1 선로 영상을 이용하여 제1 열차 선로 간격을 산출하고, 상기 제2 레이저 스캐너에 의해 획득된 제2 선로 영상을 이용하여 제2 열차 선로 간격을 산출하며, 상기 제1 열차 선로 간격과 상기 제2 열차 선로 간격을 이용하여 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 현재 궤간을 산출하고, 상기 측정 프레임 경사각 감지부에 의해 상기 측정 프레임이 경사진 상태이면 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도를 이용해 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 실제 궤간을 재산출하여 최종 궤간을 구하는 궤간 측정부를 포함한다.
상기 궤간 측정부는 상기 현재 궤간과 실제 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위 내에 존재하면, 실제 궤간을 최종 궤간으로 판정하고, 현재 지점의 궤간 상태를 정상 상태로 판정하고, 상기 현재 궤간과 실제 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위를 넘어서면, 현재 지점의 궤간 상태를 비정상 상태로 판정하는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치는 상기 궤간 측정부에 연결된 열차 위치 감지부를 더 포함하고, 상기 궤간 측정부는 상기 열차 위치 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 최종 궤간의 측정 위치를 판정할 수 있다.
상기 궤간 측정부는 제1 열차 선로에 대한 제1 측정점을 판정하고, 상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고, 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하며, 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리에서 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하고, 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리와 제1 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제1 열차선로 간격을 산출하고, 제2 열차 선로에 대한 제2 측정점을 판정하고, 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고, 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하며, 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리에서 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하고, 제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리와 제2 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제2 열차선로 간격을 산출하는 것이 바람직하다.
상기 궤간 측정부는 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 초기 레이저 조사각도를 기울기로 갖는 제1 1차 함수 그래프와 최단 직선 거리 중 가장 작은 값을 갖는 제1 및 제2 선로 영상의 지점을 각각 제1 및 제2 최고점을 판정하고, 상기 제1 및 제2 최고점에서 설정 거리만큼 하강한 하강 지점을 지나고 상기 제1 1차 함수 그래프와 동일한 기울기를 갖는 제2 2차 함수 그래프를 판정하고, 상기 제2 2차 함수 그래프와 상기 제1 및 제2 선로 영상이 각각 만나는 지점을 상기 제1 및 제2 측정점으로 정할 수 있다.
상기 궤간 측정부는 상기 제1 및 제2 선로 영상에서 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점을 판정하고, 상기 제1 및 제2 선로 영상을 이용하여 상기 제1 및 제2 측정점에 대응하는 제1 및 제2 측정점 투영점의 위치를 판정하며, 각 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 각 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고, 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점 각각과 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 각 거리 및 각 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 제1 및 제2 측정점 투영점 각각이 이루는 변과 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 상기 제1 및 제2 측정점 투영점의 각 이동점이 이루는 변의 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 각 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 각 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출한다.
이때, 상기 각도는 (90-제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도) 및 (90-제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도) 중 하나이다.
상기 제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고, 상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 실제 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간이다.
상기 궤간 측정부는 상기 제1 및 제2 측정점과 상기 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 각 거리를 산출하고, 상기 제1 및 제2 측정점과 상기 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 각 거리와 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도을 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제1 및 제2 측정점과 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 거리를 각각 산출하고, 상기 제1 레이저 스캐너의 레이조 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고, 상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간이다.
상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도는 각각 측정 프레임의 각도에 대응하는 레이저 스캐너의 조사 각도 변화량과 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너 각각의 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 제1 및 제2 레이저 스캐너의 각 실제 레이저 조사 각도를 산출할 수 있다.
상기 특징에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치는 상기 궤간 측정부에 연결되어 있고, 상기 제1 레이저 스캐너와 상기 제2 레이저 스캐너의 경사각을 각각 감지하는 제1 스캐너 경사각 감지부와 제2 스캐너 경사각 감지부를 더 포함할 수 있고, 상기 궤간 측정부는 상기 제1 및 제2 스캐너 경사각 감지부에서 출력되는 감지 신호를 이용해 판정된 실제 경사각을 이용하여 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도를 판정한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 궤간 측정 장치의 제어 방법은 제1 레이저 스캐너를 이용하여 제1 열차 선로에 대한 제1 선로 영상을 획득하는 단계, 상기 제1 선로 영상을 이용하여 제1 열차 선로 간격을 산출하는 단계, 제2 레이저 스캐너를 이용하여 제2 열차 선로에 대한 제2 선로 영상을 획득하는 단계, 상기 제2 선로 영상을 이용하여 제2 열차 선로 간격을 산출하는 단계, 상기 제1 열차 선로 간격과 상기 제2 열차 선로 간격을 더하여 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 현재 궤간을 산출하는 단계, 측정 프레임 경사각 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 측정 프레임의 경사각을 판정하는 단계, 상기 측정 프레임이 경사진 상태인지 판단하는 단계, 그리고 상기 측정 프레임이 경사진 상태이며, 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도를 이용해 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 실제 궤간을 산출하여 최종 궤간을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 특징에 따른 궤간 측정 장치의 제어 방법은 상기 현재 궤간과 실제 궤간의 차이를 산출하는 단계, 산출된 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위 내에 존재하는지 판단하는 단계, 산출된 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위 내에 존재하면, 실제 궤간을 최종 궤간으로 판정하고, 현재 지점의 궤간 상태를 정상 상태로 판정하는 단계, 그리고 산출된 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위를 벗어나면, 현재 지점의 궤간 상태를 비정상 상태로 판정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 열차 선로 간격의 산출 단계는 제1 열차 선로에 대한 제1 측정점을 판정하는 단계, 상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리에서 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하는 단계, 그리고 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리와 제1 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제1 열차선로 간격을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 열차 선로 간격의 산출 단계는 제2 열차 선로에 대한 제2 측정점을 판정하는 단계, 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리에서 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하는 단계, 그리고 제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리와 제2 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제2 열차선로 간격을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 측정점의 판정 단계는 상기 제1 레이저 스캐너의 초기 레이저 조사 각도를 기울기로 갖는 제1 1차 함수 그래프를 판정하는 단계, 상기 제1 1차 함수 그래프와 상기 제1 선로 영상 간의 최단 직선 거리 중 가장 작은 값을 갖는 제1 선로 영상의 지점을 제1 최고점으로 판정하는 단계, 상기 제1 최고점에서 설정 거리만큼 하강한 하강 지점을 지나고 상기 제1 1차 함수 그래프와 동일한 기울기를 갖는 제2 2차 함수 그래프를 판정하는 단계, 그리고 상기 제2 2차 함수 그래프와 상기 제1 선로 영상이 만나는 지점을 상기 제1 측정점으로 정하는 단계를 포함하고, 상기 제2 측정점의 판정 단계는 상기 제2 레이저 스캐너의 초기 레이저 조사 각도를 기울기로 갖는 제1 1차 함수 그래프를 판정하는 단계, 상기 제1 1차 함수 그래프와 상기 제2 선로 영상 간의 최단 직선 거리 중 가장 작은 값을 갖는 제2 선로 영상의 지점을 제2 최고점으로 판정하는 단계, 상기 제2 최고점에서 설정 거리만큼 하강한 하강 지점을 지나고 상기 제1 1차 함수 그래프와 동일한 기울기를 갖는 제2 2차 함수 그래프를 판정하는 단계, 그리고 상기 제2 2차 함수 그래프와 상기 제2 선로 영상이 만나는 지점을 상기 제2 측정점으로 정하는 단계를 포함한다.
상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계는 상기 제1 선로 영상에서 상기 제1 레이저 스캐너 원점을 판정하는 단계, 상기 제1 선로 영상을 이용하여 상기 제1 측정점에 대응하는 제1 측정점 투영점의 위치를 판정하는 단계, 상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 그리고 상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리 및 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점이 이루는 변과 제1 레이저 스캐너 원점과 상기 제1 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계는 상기 제2 선로 영상에서 상기 제2 레이저 스캐너 원점을 판정하는 단계, 상기 제2 선로 영상을 이용하여 상기 제2 측정점에 대응하는 제2 측정점 투영점의 위치를 판정하는 단계, 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 그리고 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리 및 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점이 이루는 변과 제2 레이저 스캐너 원점과 상기 제2 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점이 이루는 변과 제1 레이저 스캐너 원점과 상기 제1 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도는 (90-제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도)이고, 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점이 이루는 변과 제2 레이저 스캐너 원점과 상기 제2 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도는 (90-제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도)이며, 상기 제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고, 상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 실제 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간이다.
제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리의 산출 단계는 상기 제1 측정점과 상기 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 그리고 상기 제1 측정점과 상기 제1 측정점 투영점 간의 거리와 상기 제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하고, 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리의 산출 단계는 상기 제2 측정점과 상기 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계, 그리고 상기 제2 측정점과 상기 제2 측정점 투영점 간의 거리와 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 제1 레이저 스캐너의 레이조 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고, 상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간이다.
이러한 특징에 따르면, 측정 프레임에 설치된 경사 감지부를 이용하여 측정 프레임의 경사각이 판정되고, 판정된 측정 프레임의 경사각에 따라 측정된 궤간의 크기를 보상하므로, 궤간 측정이 좀더 정확하게 측정된다.
또한, 측정 프레임 경사각 감지부는 1,000Hz로 각도 측정이 가능하며, 각도 정밀도는 0.005도 이하로 측정 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치의 동작순서도이다.
도 3은 도 2에 도시한 제1 열차 선로 간격의 루틴에 대한 동작 순서도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치에서 궤간 측정을 위한 열차 선로와 레이저 스캐너의 위치 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치에서 제1 열차 선로 간격을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치에서 제1 레이저 스캐너에 의해 획득된 제1 열차 선로에 대한 제1 선로 영상의 한 예를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 한 실시예에 따른 열차 선로의 궤간 측정 장치(이하, '궤간 측정 장치'라 함)에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 예에 따른 궤간 측정 장치는 열차 하부의 대차부(도시하지 않음)에 부착된 측정 프레임(MF)의 일측 단부에 장착되어 있는 제1 레이저 스캐너(laser scanner)(11), 측정 프레임(MF)의 타측 단부에 장착되어 있는 제2 레이저 스캐너(12), 제1 레이저 스캐너(11)에 장착되어 있는 제1 스캐너 경사각 감지부(21), 제2 레이저 스캐너(12)에 장착되어 있는 제2 스캐너 경사각 감지부(22), 측정 프레임(MF)의 가운데 부분에 장착되어 있는 측정 프레임 경사각 감지부(31), 열차의 위치 정보를 이용하여 열차의 위치를 감지하는 열차 위치 감지부(41), 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12), 제1 및 제2 레이저 경사각 감지부(21, 22), 측정 프레임 경사각 감지부(31) 및 열차 위치 감지부(41)에 연결되어 있는 궤간 측정부(50), 궤간 측정부(50)와 연결되어 있는 저장부(60), 그리고 궤간 측정부(50)와 연결되어 있는 출력부(70)를 구비한다.
제1 레이저 스캐너(11)는 자신과 대향하고 있는 해당 열차 선로(예, 제1 열차 선로)(R1)를 스캔하여 해당 영상을 획득하는 장치로서, 레이저를 조사하는 레이저 조사부와 제1 열차 선로(R1)에 반사되어 되돌아오는 레이저를 수광하는 레이저 수광부 등을 구비하고 있고, 라인 레이저 스캐너(line laser scanner)일 수 있다.
제2 레이저 스캐너(12)는 제1 레이저 스캐너(11)과 동일한 기능을 수행하는 장치로서 자신과 대향하고 있는 해당 열차 선로(예, 제2 열차 선로)(R2)를 스캔하여 해당 영상을 획득한다. 제2 레이저 스캐너(12) 역시 레이저 조사부와 레이저 수광부 등을 구비하고 있다.
이러한 제1 레이저 스캐너(11)와 제2 레이저 스캐너(12)는, 도 4에 도시한 것처럼, 설치면에 수직하게 설치되지 않고 설정 각도만큼 설치면에 경사지게 설치되어 원하는 크기의 각도(θ1, θ2)로 레이저의 조사가 이루어질 수 있도록 한다.
이미 기술한 것처럼, 제1 및 제2 스캐너 경사각 감지부(21, 22)는 각각 제1 레이저 스캐너(11) 및 제2 레이저 스캐너(12)에 장착하여 제1 레이저 스캐너(11)와 제2 레이저 스캐너(12)의 경사각을 감지한다.
따라서, 제1 및 제2 스캐너 경사각 감지부(21, 22)를 이용하여 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)를 초기 설치할 때, 설치자는 원하는 각도(예, 64˚)로 경사지게 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)를 설치하게 되고, 이처럼 제1 및 제3 레이저 스캐너(11, 12)가 64˚로 경사지게 설치된 경우, 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저 조사 각도(θ1, θ2)는 각각 26˚가 된다.
또한, 필요한 경우, 궤간 측정부(50)는 제1 및 제2 스캐너 경사각 감지부(21, 22)로부터 인가되는 경사각 감지 신호를 이용하여 각 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 현재 경사각을 판정하게 된다.
제1 레이저 스캐너(11)와 제2 레이저 스캐너(12)는 도 4에 도시한 것처럼 측정 프레임(MF)의 양 측 단부에 각각 장착되어 있으므로, 외부 환경 변화 등으로 인해 측정 프레임(MF)의 자세가 변하게 되면 제1 레이저 스캐너(11)의 경사각과 제2 레이저 스캐너(12)의 경사각 역시 달라지게 되고, 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 경사각 변화에 따라 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저 조사 각도(θ1, θ2)의 크기 역시 초기 조사 각도(예, 26˚)에서 변하게 된다.
따라서, 궤간 측정부(50)는 측정 프레임(MF)의 경사 정도를 이용하여, 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 경사각의 변화에 따라 측정된 현재 궤간(Drc)의 크기에 대한 보정 동작을 실시하여 최종 궤간(Drf)을 산출한다.
이를 위해, 저장부(60)에는 측정 프레임(MF)의 경사 정도에 따라 달라지는 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저의 조사 각도에 대한 변화량(이하, 조사 각도 변화량)이 저장되어 있으므로, 궤간 측정부(50)는 저장부(60)에 저장된 레이저 스캐너(11, 12)의 조사 각도 변화량에 의해 산출된 궤간, 즉 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 경사각을 적용한 새로운 궤간인 실제 궤간(Drr)을 측정하게 된다.
또한, 대안적인 예에서, 궤간 측정부(50)는 측정 프레임(MF)의 경사 정도에 기인한 레이저 스캐너(11, 12)의 조사 각도 변화량을 이용하는 대신, 제1 및 제2 스캐너 경사각 감지부(21, 22)에 의해 측정된 실제 경사각을 이용하여 실제 궤간(Drr)을 산출할 수 있다. 이 경우, 측정된 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 경사각에 대응하는 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도는 이미 저장부(60)에 저장되어 있다.
도 4에 도시한 것처럼, 서로 마주보게 이격되어 나란히 배열되어 있는 제1 열차 선로(R1)과 제2 열차 선로(R2) 간의 이격 거리인 궤간은 서로 인접하게 마주보고 있는 제1 및 제2 열차 선로(R1, R2)의 내측 측면간의 거리로서, 제1 및 제2 열차 선로(R1, R2)의 측정점(P1, P2) 간의 직선 거리이다.
제1 및 제2 열차 선로(R1, R2)의 측정점(P1, P2)은 각각 제1 및 제2 열차 선로(R1, R2)의 각 최고점(T1, T2)에서 설정 거리(Dh)만큼 하부에 위치한 내측 측면 지점이다. 이때, 설정 거리(Dh)는 예를 들어, 14㎜일 수 있다.
도 4에서, X축 방향은 두 열차 선로(R1, R2) 사이의 직선 방향(예를 들어, 가로 방향)이고, Y축 방향은 각 열차 선로(R1, R2)의 진행 방향(예를 들어, 세로 방향)며, Z축 방향은 각 열차 선로(R1, R2)의 높이 방향이다.
측정 프레임 경사각 감지부(31)는 측정 프레임(MF)의 가운데부에 장착되어 측정 프레임(MF)의 경사각을 감지한 후 감지된 경사각에 해당하는 경사각 감지 신호를 궤간 측정부(50)로 출력한다.
열차 주행 시 발생하는 충격이나 열차 선로(R1, R2)가 설치된 지면 등의 설치면 상태에 따라 측정 프레임(MF)의 경사각은 초기 경사각에서 변한다.
따라서, 이미 설명한 것처럼, 측정 프레임 경사각 감지부(31)가 측정 프레임(MF)의 경사각을 감지하여 감지된 경사각에 해당하는 상태의 경사각 감지 신호를 궤간 측정부(50)로 전달하면, 궤간 측정부(50)는 측정 프레임(MF)의 현재 경사각을 판정해 측정 프레임(MF)이 비경사진 상태[즉, 초기상태((경사각=0˚)]에서 경사진 상태로 판정되면 측정 프레임(MF)의 경사각 정도를 해당 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저 조사 각도에 적용하여 실제 궤간(Drr)을 산출하게 된다. 즉, 현재 산출된 현재 궤간(Drc)의 보정 동작을 실시하여 최종 궤간(Drf)을 산출한다.
열차 위치 감지부(41)는 열차가 위치하는 지역의 경도 및 위도와 같은 현재 열차의 위치 데이터를 획득하는 장치로서, GNSS(Global Navigation Satellite System)을 이용할 수 있다.
GNSS은 인공위성(도시하지 않음)으로부터 수신한 전파신호를 이용하여 열차의 위치를 산출할 수 있는 항법 시스템을 의미한다. GNSS의 구체적인 예로는, 그 운영 주체에 따라서 GPS(Global Positioning System), Galileo, GLONASS(Global Orbiting Navigational Satellite System), COMPASS, IRNSS(Indian Regional Navigational Satellite System), QZSS(Quasi-Zenith Satellite System) 등 일 수 있다.
궤간 측정부(50)는 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 동작에 의해 얻어진 각 열차 선로(R1, R2)에 대한 프로파일(profile)에 대한 영상을 이용하여 삼각 측량법을 이용해 제1 및 제2 열차 선로 간격(Pix1 및 Pix2, Pix11, Pix21), 즉 도 4에 도시한 것처럼, 측정 프레임 경사각 감지부(31)의 중심부와 각 측정점(P1, P2)간의 X축 방향으로의 직선 거리(Pix1 및 Pix2, Pix11 및 Pix21)를 산출한 후 산출된 두 열차 선로 간격(Pix1 및 Pix2, Pix11 및 Pix21)을 합산하여 해당 위치에서의 두 열차 선로(R1, R2)간 궤간(Drr, Drc)의 크기를 산출한다.
저장부(60)는 궤간 측정 장치의 동작에 필요한 데이터와 동작 중에 발생한 데이터, 측정 프레임(MF)의 경사 정도에 따라 달라지는 레이저 스캐너(11, 12)의 조사 각도 변화량, 측정 프레임 경사각 감지부(31)의 중심부에서 각 레이저 스캐너(11, 12)까지의 설치 거리[좀더 정확하게는 측정 프레임 경사각 감지부(31)의 중심부와 각 레이저 스캐너(11, 12)의 원점간의 X축 방향으로의 직선 거리로서, 이하에서, 이 거리를 각각 '제1 및 제2 레이저 스캐너 설치 거리'라 함])(Ox1, Ox2) 등이 저장되어 있다.
도 4에서, 측정 프레임(MF)이 아래쪽 방향(-Z축 방향)으로 경사져 제1 레이저 스캐너(11)의 레이저 조사 각도(θ1)의 크기는 초기 각도보다 증가하고 제2 레이저 스캐너(12)의 레이저 조사 각도(θ2)의 크기는 초기 각도보다 감소하는 경우에는 측정 프레임(MF)의 각도는 (-)의 값을 가질 수 있고, 반대로 측정 프레임(MF)이 위쪽 방향(+Z축 방향)으로 경사져 제1 레이저 스캐너(11)의 레이저 조사 각도(θ1)의 크기는 초기 각도보다 감소하고 제2 레이저 스캐너(12)의 레이저 조사 각도(θ2)의 크기는 초기 각도보다 증가하는 경우는 (+)의 값을 가질 수 있다. 측정 프레임(MF)의 경사각이 0˚인 경우는 측정 프레임(MF)이 경사지지 않고 열차 선로(R1, R2)의 설치면과 수평인 경우를 나타낸다. 본 예에서, 측정 프레임(MF)을 초기 설치 시 측정 프레임(MF)의 경사각은 0˚가 되게 설치된다.
본 예에서, 측정 프레임(MF)이 설치면과 수평인 경우, 제1 레이저 스캐너(11)와 제2 레이저 스캐너(12)의 설치 각도는 서로 동일하며, 이미 기재한 것처럼, 각 스캐너 경사각 감지부(21, 22)를 이용하여 초기 설치 각도의 크기는 64°가 되도록 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)를 설치한다.
출력부(70)는 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)에 의해 촬영된 해당 열차 선로(R1, R2)의 촬영 영상, 궤간 측정부(50)에서 측정한 궤간(Drc, Drr) 및 최종 궤간(Drf)의 크기, 궤간 측정이 행해진 열차의 위치, 궤간 측정에 이상이 발생한 지점, 제1 및 제2 열차 선로 간격(Pix1, Pix2, Pix11, Pix21), 궤간이 측정된 열차 선로의 해당 지점의 정상 여부 등과 같이 궤간 측정에 관련된 정보를 출력한다.
이러한 출력부(250)는 액정 표시 장치(LCD, liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(OLED, organic light emitting display) 등으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 4뿐만 아니라 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6을 참고로 하여, 이러한 구조를 갖는 궤간 측정 장치의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 도시하지 않은 전원 공급부에서 궤간 측정 장치의 동작에 필요한 전원이 공급되면 궤간 측정 장치의 동작이 시작되며, 이로 인해, 궤간 측정부(50)의 동작 역시 시작된다(S10).
궤간 측정부(50)의 동작이 시작되면, 측정하고자 하는 최종 궤간(Drf)의 1/2 거리에 각각 해당하는 현재 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 현재 제2 열차 선로 간격(Pix2)을 산출한다(S11, S12).
이들 두 제1 및 제2 열차 선로 간격(Pix1, Pix2)을 각각 산출하는 방법은 서로 동일하므로, 도 3을 참고로 하여 제1 열차 선로 간격(Pix1)을 구하는 방법에 대해서만 상세히 설명한다.
따라서, 동작이 시작된 궤간 측정부(50)는 현재 제1 열차 선로 간격(Pix1)을 산출하는 루틴(routine)으로 넘어가, 제1 레이저 스캐너(11)에서 인가되는 신호를 판독하여(S111) 열차 선로(R1)에 대한 영상인 제1 선로 영상(IM1)을 획득한 후 획득한 제1 선로 영상(IM1)을 출력부(70)로 출력한다(S112).
이때, 필요에 따라 궤간 측정부(50)는 제1 레이저 스캐너(11)에 의해 획득된 제1 선로 영상(IM1)을 원하는 방향으로 회전(예, X축을 중심으로 선 대칭 회전)시켜 1차적으로 제1 레이저 스캐너(11)에 의해 획득된 제1 선로 영상(IM1)의 표시 형태를 원하는 형태로 변경할 수 있다.
도 6에 제1 레이저 스캐너(11)에 의해 획득되어 출력부(70)에 표시되는 제1 선로 영상(IM1)의 한 예를 표시하며, 도 6에 도시한 것처럼, 제1 레이저 스캐너(11)에 의해 획득된 제1 선로 영상(IM1)은 제1 열차 선로(R1)의 상부면 일부와 내측 측면 일부에 대한 프로파일이다.
다음, 궤간 측정부(50)는 저장부(60)에 저장되어 있는 데이터를 이용하여 제1 레이저 스캐너(11)의 초기 설치 각도(즉, 초기 경사각)를 판정한다(S113).
본 예의 경우, 이미 설명한 것처럼 제1 레이저 스캐너(11)의 초기 설치 각도 크기는 64°일 수 있다.
이처럼, 제1 레이저 스캐너(11)의 초기 설치 각도가 판정되면, 판정된 초기 설치 각도를 기울기로 갖는 임의의 제1 1차 함수 그래프(G1)를 산출하여, 출력부(70)에 출력되는 제1 선로 영상(IM1)이 표시되는 부분의 위쪽에서 획득된 제1 선로 영상(M1)의 상부면과 정해진 거리만큼 이격되어 대면하게 표시한다(S114).
이때, 제1 1차 함수 그래프(G1)의 그래프의 x절편과 y절편은 제1 선로 영상(IM1)과 중첩되지 않고 제1 선로 영상(IM1)이 표시되는 위치의 위쪽에 제1 1차 함수 그래프(G1)가 위치하도록 하는 값을 가진다.
제1 레이저 스캐너(11)의 레이저 빔이 제1 열차 선로(R1)로 조사되어 제1 열차 선로(R1)의 해당 부분에 반사되어 제1 선로 영상(IM1)을 생성해 궤간 측정부(50)로 출력하므로, 궤간 측정부(50)는 제1 레이저 스캐너(11)로부터 인가되는 제1 선로 영상(IM1)에 대한 위치 정보[즉, 제1 선로 영상(IM1)의 각 화소에 대한 위치 정보]를 판정해 저장부(60)에 저장한다.
따라서, 궤간 측정부(50)는 제1 선로 영상(IM1)의 위치 정보와 판정된 제1 레이저 스캐너(11)의 초기 설치 각도를 이용하여 1차 함수 그래프(G1)를 산출해 출력부(70)에 표시한다.
다음, 궤간 측정부(50)는 제1 1차 함수 그래프(G1)의 각 점과 이 제1 1차 함수 그래프(G1)의 각 점과 면하고 있는 제1 선로 영상(IM1)의 각 지점(예, 화소) 간의 최단 직선 거리를 산출하여(S115), 산출된 최단 직선 거리 중에서 가장 작은 값을 갖는 최단 직선 거리를 갖는 제1 선로 영상의 지점을 제1 열차 선로(R1)의 최고점(T1)으로 정하고 이 최고점(T1)에 대한 위치 정보(즉, 행 방향으로의 화소 위치와 열 방향으로의 화소 위치)를 저장부(60)에 저장한다(S116).
제1 열차 선로(R1)에 대한 최고점(예, 제1 최고점)(T1)이 산출되면, 궤간 측정부(50)는 제1 최고점(T1)에서부터 제1 1차 함수 그래프(G1)에 수직한 방향으로 설정 거리(예, 14㎜)만큼 하강한 지점인 하강 지점(T1')을 정한 후 이 하강 지점(T1')을 지나는 제2 1차 함수 그래프(G2)를 산출해 출력부(70)에 표시한다(S117).
제2 1차 함수 그래프(G2)의 기울기는 제1 1차 함수 그래프(G1)와 동일하다.
그런 다음, 궤간 측정부(50)는 제2 1차 함수 그래프(G2)와 제1 선로 영상(IM1)이 만나는 지점을 제1 열차 선로(R1)의 측정점(예, 제1 측정점)(P1)으로 정한다(S118).
이를 위해, 궤간 측정부(50)는 제1 선로 영상(IM1)의 위치 정보와 제2 1차 함수 그래프(G2) 상에 존재하는 위치 정보를 비교하여 제1 선로 영상(IM1)과 제2 1차 함수 그래프(G2)가 만나는 지점인 교차점을 판정한 후, 이 교차점에 대한 위치 정보를 제1 측정점(P1)의 위치 정보로 저장부(60)에 저장한다.
다음, 궤간 측정부(50)는 제1 측정점(P1)과 제1 레이저 스캐너(11)간의 X축 방향으로의 직선 거리, 좀더 정확하게는 제1 측정점(P1)과 제1 레이저 스캐너(11)의 원점(즉, 제1 레이저 스캐너 원점)(Oc1) 간의 거리(Dx1)를 산출하는 동작을 실시한다.
이를 위해, 궤간 측정부(50)는 제1 레이저 스캐너 원점(Oc1)의 위치를 정한 후(S119), 궤간 측정부(50)는 제1 선로 영상(IM1)의 위치 정보를 이용하여 제1 측정점(P1)에 반사된 후 제1 레이저 스캐너(11)의 조사면으로 입사될 때의 입사 위치(이하, 이 입사 위치를 '제1 측정점 투영점(Pc1)의 위치'라 함)를 판정한다(S120).
본 예에서, 제1 레이저 스캐너 원점(Oc1)은 제1 레이저 스캐너(11)에서 얻은 제1 선로 영상(R1)의 최고점(T1)의 X축 좌표의 값으로 정의한다.
그런 다음, 궤간 측정부(50)는 제1 레이저 스캐너 원점(Oc1)과 제1 측정점 투영점(Pc1) 간의 X축 방향으로의 직선 거리(이하, 이 거리를 '원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리'라 함)(Do1)를 산출한다.
이때, 제1 레이저 스캐너(11)이 경사지지 않고 제1 열차 선로(R1)의 설치면에 수직하게 장착될 경우, 제1 레이저 스캐너 원점(Oc1)과 제1 측정점 투영점(Pc1)은 X축 방향의 동일선 상에 해당 거리만큼 이격되게 위치하게 된다.
따라서, 궤간 측정부(50)는 제1 레이저 스캐너 원점(Oc1)의 위치 정보와 제1 측정점 투영점(Pc1)의 위치 정보를 이용하여 원점(Oc1)과 제1 측정점 투영점(Pc1)간의 거리(Io1)를 산출한다.
또한, 제1 레이저 스캐너 원점(Oc1)과 제1 측정점 투영점(Pc1)이 이루는 변(S1)과 원점(Oc1)과 이동점(Pcl')이 이루는 변(S2)이 이루는 각(θ3)의 각도는 (90-θ1)가 된다.
이때, 이동점(Pc1')은 제1 레이저 스캐너(11)가 제1 열차 선로(R1)의 설치면에 수직하게 장착될 경우, 제1 측정점 투영점(Pc1)의 위치 변화점이다.
이로 인해, 궤간 측정부(50)는 다음과 같은 삼각 함수식을 이용하여 원점(Oc1)과 제1 측정점 투영점 간의 거리(Do1)를 산출한다(S120).
Do1 = cos(90-θ1) × lo1
다음, 궤간 측정부(50)는 다음의 삼각 함수식을 이용하여 제1 측정점(P1)과 제1 측정점 투영점(Pc1) 간의 X축 방향으로의 직선 거리[이하, 이 거리를 '제1 측정점(P1)과 제1 측정점 투영점(Pc1) 간의 거리'라 함](Dt1)를 산출한다(S121).
Dt1 = cosθ1 × It1
이때, It1은 제1 레이저 스캐너(11)에서 레이저가 제1 측정점(P1)으로 조사된 후 반사되는 시간을 이용해 이미 산출되어 저장부(60)에 저장되어 있고, 제1 레이저 스캐너(11)의 경사각(θ1)은 초기 경사각이다.
이처럼, 이들 두 거리(Do1, Dt1)가 산출되면, 궤간 측정부(50)는 이들 두 거리(Do1, Dt1)를 이용하여 제1 측정점(P1)과 원점(Oc1)간의 X축 방향으로의 직선 거리[이하, 이 거리를 '제1 측정점(P1)과 제1 레이저 스캐너(11) 간의 거리라 함](Dx1)(=Dt1-Do1)를 산출한다(S122).
그런 다음, 궤간 측정부(50)는 제1 측정점(P1)과 제1 레이저 스캐너(11)간의 거리(Dx1)에 제1 레이저 스캐너 설치 거리(Ox1)를 더하여 현재 제1 열차 선로 간격(Pix1)을 산출하여 저장부(60)에 저장한다(S123).
이처럼, 현재 제1 열차 선로 간격(Pix1)이 산출되면, 궤간 측정부(50)는, 다시 도 2로 넘어가, 위에 설명한 것과 동일한 방식으로 제2 열차 선로(R2)의 제2 측정점(P2)과 제2 레이저 스캐너 설치 거리(Ox2) 등을 이용하여 현재 제2 열차 선로 간격(Pix2)을 산출한다(S12).
즉, 제2 레이저 스캐너(12)를 이용하여 제2 열차 선로(R2)에 대한 제2 선로 영상을 획득하고, 제2 스캐너 경사각 감지부(22)에 의해 감지된 제2 레이저 스캐너(12)의 경사각과 제2 선로 영상에 대한 위치 정보를 이용하여 제2 열차 선로(R2)의 최고점(T2)과 측정점(P2)을 판정한다.
그런 다음, 제1 열차 선로의 경우와 동일한 방식으로, 제2 레이저 스캐너(12)의 원점과 제2 측정점(P2)에 대응하는 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고, 제2 측정점(P2)과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하여, 제2 측정점(P2)과 제2 측정점 투영점 간의 거리에서 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제2 측정점(P2)과 제2 레이저 스캐너(12) 간의 거리를 산출한다.
이때, 산출 동작에 필요한 제1 레이저 스캐너 원점 역시 제2 레이저 스캐너(12)에서 얻은 제2 선로 영상(R2)의 최고점(T2)의 X축 좌표의 값으로 정의한다.
그런 다음, 제2 측정점(P2)과 제2 레이저 스캐너(12) 간의 거리와 저장부(60)에 저장되어 있는 제2 레이저 스캐너 설치 거리(Ox2)를 더하여 제2 열차선로 간격(Pix2)을 산출하여, 저장부(60)에 저장한다.
이처럼, 현재 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 현재 제2 열차 선로 간격(Pix2)이 산출되면, 궤간 측정부(50)는 이들 두 간격(Pix1, Pix2)을 더하여 현재 열차 선로 지점에서의 두 열차 선로(R1, R2) 간의 거리인 현재 궤간(Drc)을 산출한 후, 산출된 현재 궤간(Drc)의 크기를 현재 열차의 위치 정보와 함께 저장부(60)에 저장한다(S13).
이때, 궤간 측정부(50)는 열차 위치 감지부(41)에서 인가되는 신호를 판독하여 현재 열차의 위치 정보를 판정한다.
다음, 궤간 측정부(50)는 측정 프레임(MF)의 경사 정도를 이용하여 산출된 현재 궤간(Drc)의 크기를 조정하는 동작을 실시한다.
예를 들어, 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저 조사 각도가 초기 상태인 26˚[즉, 측정 프레임(MF)의 경사각이 0˚]인 경우, 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 각각 다음과 같다.
Pix1 = Ox1 + (Dt1 - Do1) = Ox1 + (435×cos26 - 20×cos64) = Ox1 + 382.208
Pix2 = Ox2 + (Dt2 - Do2) = Ox2 + (435×cos26 - 20×cos64) = Ox2 + 382.208
실제 측정 프레임(MF)의 설치 조건이 0.1˚가 변할 경우 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저 조사 각도는 ±0.1˚ 변화하게 된다.
즉, 레이저 조사 각도가 25.9°로 감소하면, 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 각각 다음과 같다.
Pix1 = Ox1 + (Dt1 - Do1) = Ox1 + (435×cos25.9 - 20×cos64.9) = Ox1 + 382.572
Pix2 = Ox2 + (Dt2 - Do2) = Ox2 + (435×cos25.9 - 20×cos64.9) = Ox2 + 382.572이다.
또한, 레이저 조사 각도가 26.1°로 증가하면, 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 다음과 같다.
Pix1 = Ox1 + (Dt1 - Do1) = Ox1 + (435×cos26.1 - 20×cos63.9) = Ox1 + 381.843
Pix2 = Ox2 + (Dt2 - Do2) = Ox2 + (435×cos26.1 - 20×cos63.9) = Ox2 + 381.843
이는 측정 프레임(MF)의 초기 설치 각도 측정에 0.1˚의 오차가 생기면 열차 선로 간격(Pix1, Pix2)에 약 0.36㎜의 오차가 발생함을 의미한다. EN13848 규격에서는 궤간 측정의 분해능은 0.5mm, 측정 불확도는 ±1㎜를 만족하도록 요구하고 있다. EN13848 규격 안에 들어옴을 알 수 있다. 0.2˚인 경우 두 배의 오차가 발생하므로, 궤간 측정의 분해능을 만족시킬 수 없다. 그래서 각도 측정의 정밀도는 최소 0.1˚ 이하가 되어야 한다.
열차가 고속 주행을 하게 되면서 측정 프레임(MF)이 1도가 회전한 경우에는 다음과 같다.
따라서, 레이저 조사 각도가 25°가 되면, 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 다음과 같다.
Pix1 = Ox1 + (Dt1 - Do1) = Ox1 + (435×cos25 - 20×cos65) = Ox1 + 385.792
Pix2 = Ox2 + (Dt2 - Do2) = Ox2 + (435×cos25 - 20×cos65) = Ox2 + 385.792
레이저 조사 각도가 27°가 되면, 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 다음과 같다.
Pix1 = Ox1 + (Dt1 - Do1) = Ox1 + (435×cos27 - 20×cos63) = Ox1 + 378.508
Pix2 = Ox2 + (Dt2 - Do2) = Ox2 + (435×cos27 - 20×cos63) = Ox2 + 378.508
계산으로부터 레이저 조사 각도가 ±1˚ 변화하면 제1 및 제2 열차 선로 간격(Pix1, Pix2)은 각각 3.7mm, +3.584mm 변함을 알 수 있다.
측정 프레임(MF)이 1˚ 회전하여 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 조사 각도가 반대 방향으로 1˚씩 변화한 경우 레이저 조사 변화를 보상하지 않으면 궤간은 약 0.116mm 오차를 가지게 된다.
측정 프레임(MF)이 최대 5˚까지 회전하는 경우의 궤간 측정 오차를 살펴본다
즉, 레이저 조사 각도가 경사각이 21˚인 경우 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 다음과 같다.
Pix1 = Ox1 + (Dt1 - Do1) = Ox1 + (435×cos21 - 20×cos69) = Ox1 + 398.940
Pix2 = Ox2 + (Dt2 - Do2) = Ox2 + (435×cos21 - 20×cos69) = Ox2 + 398.940
레이저 조사 각도가 31˚인 경우 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 다음과 같다.
Pix1 = Ox1 + (Dt1 - Do1) = Ox1 + (435×cos31 - 20×cos59) = Ox1 + 362.568
Pix2 = Ox2 + (Dt2 - Do2) = Ox2 + (435×cos31 - 20×cos59) = Ox2 + 362.568
측정 프레임(MF)이 5˚ 회전하는 경우에 레이저 조사 각도 변화를 보상하지 않으면 궤간은 약 -2.908mm 변한다. EN13848 규격에서는 궤간 측정의 분해능은 0.5mm, 측정 불확도는 ±1mm를 만족하도록 요구하고 있다. 따라서 레이저 조사 각도 변화를 반드시 실시간으로 보상해야 하며, 각도 측정의 정밀도는 최소 0.1도 이하가 되어야 한다.
이상에서, Dt2는 제2 측정점(P2)과 제2 측정점 투영점 간의 거리이고, Do2는 제2 레이저 스캐너(12)의 원점(즉, 제2 레이저 스캐너 원점)과 제2 측정정 투영점 간의 거리이다.
이처럼, 현재 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 현재 제2 열차 선로 간격(Pix2)은 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저 조사 각도를 기초로 하여 산출되고, 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 레이저 조사 각도는 측정 프레임(MF)의 경사각에 따라 변한다.
이로 인해, 실제 설치면에 설치된 두 열차 선로(R1, R2)의 궤간이 변화하지 않더라도, 측정 프레임(MF)의 경사각이 변하게 되면 제1 열차 선로 간격(Pix1)과 제2 열차 선로 간격(Pix2)의 산출값이 변하여, 실제 궤간과 산출된 궤간에 차이가 발생한다.
따라서, 산출된 현재 궤간(Drc)은 실제 궤간과 상이할 수 있으므로, 측정 프레임(MF)의 경사각에 따라서 궤간을 재산출하여 실제 궤간(Drr)을 산출해야 한다.
이를 위해, 궤간 측정부(50)는 측정 프레임 경사각 감지부(31)에서 인가되는 경사각 감지 신호를 이용하여 측정 프레임(MF)의 경사각과 경사 방향[즉, (-) 또는 (+)의 값에 따라 -Z축 방향 또는 +Z축 방향]을 판정해, 측정 프레임(MF)이 경사졌는지를 판단한다(S14, S15).
판정된 측정 프레임(MF)의 경사각이 초기 각도와 동일한 경우, 즉 경사지지 않는 상태로 판정되면(S15), 궤간 측정부(50)는 측정 프레임(MF)의 현재 상태가 경사지지 않는 상태로 판정하여 산출된 현재 궤간(Drc)의 크기와 실제 궤간의 크기가 동일한 상태로 판정하여 해당 위치에 대한 최종 궤간(Drf)으로 판정해 저장부(60)에 저장한다(S16).
그런 다음, 궤간 측정부(50)는 현재 지점의 궤간의 상태를 정상 상태로 판정해 판정 결과를 출력부(70)로 출력한다(S17, S18).
하지만, 판정된 측정 프레임(MF)의 경사각이 초기 각도와 상이하여 현재 측정 프레임(MF)의 상태가 경사진 상태로 판정되면(S15), 궤간 측정부(50)는 저장부(60)에 저장된 데이터에서 판정된 측정 프레임(MF)의 각도에 대응하는 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 조사 각도 변화량을 읽어온다(S19).
그런 다음, 판정된 조사 각도 변화량과 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 초기 조사 각도를 이용하여 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 레이저 조사 각도를 산출한다(S20). 예를 들어, 초기 조사 각도에서 판정된 조사 각도 변화량만큼 값을 빼거나 더하여, 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 레이저 조사 각도를 산출할 수 있다.
본 예의 경우, 저장부(60)에 이미 저장되어 있는 측정 프레임(MF)의 각도에 대응하는 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 조사 각도 변화량을 이용하여 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 레이저 조사 각도를 산출한다.
하지만, 이와는 달리, 대안적인 예에서, 궤간 측정부(60)는 제1 및 제2 스캐너 경사각 감지부(21, 22)의 동작에 의해 감지된 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 경사각에 대응하는 레이저 조사 각도를 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 레이저 조사 각도로 판정할 수 있다. 이 경우, 감지된 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 경사각에 대응하는 레이저 조사 각도는 이미 저장부(60)에 저장되어 있다.
이처럼, 제1 및 제2 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 경사각에 따른 레이저조사 각도가 판정되면, 궤간 측정부(50)는 이미 도 2를 참고로 하여 설명한 방식과 동일한 방식에 제1 및 제2 레이저 스캐너(11)의 실제 레이저 조사 각도를 각각 적용하여 실제 제1 열차 선로 간격(Pix11)과 실제 제2 열차 선로 간격(Pix21)을 산출한다(S21, S22).
즉, 도 2에서, 해당 레이저 스캐너(11, 12)의 초기 레이저 조사 각도를 적용하는 대신 해당 레이저 스캐너(11, 12)의 실제 레이저 조사 각도를 적용하여 실제 제1 열차 선로 간격(Pix11)과 실제 제2 열차 선로 간격(Pix21)을 산출한다. 이 경우, 필요에 따라 최고점(T1, T2)과 측정점(P1, P2)에 관련된 단계(S111-S120)는 생략되고, 단지 실질적으로 해당 열차 선로 간격(Pix11, Pix21)의 산출 동작에 관련된 단계(S121-S124)만을 실시하여, 실제 제1 열차 선로 간격(Pix11)과 실제 제2 열차 선로 간격(Pix21)의 산출 시간을 좀더 단축시킬 수 있도록 한다.
따라서, 실제 제1 열차 선로 간격(Pix11)과 실제 제2 열차 선로 간격(Pix21)이 산출되면, 궤간 측정부는 이들 두 열차 선로 간격(Pix11, Pix21)를 더하여 실제 궤간(Drr)을 산출한다(S23).
다음, 현재 궤간(Drc)과 실제 궤간(Drr)의 차이를 산출하고(S24), 산출된 궤간 차이의 절대값이 설정 오차 범위 내에 포함되는지 판단한다(S25).
산출된 궤간 차이의 절대값이 설정 오차 범위 내에 포함되면(S25), 궤간 측정부(50)는 실제 궤간(Drr)을 최종 궤간(Drf)으로 저장하고(S26), 현재 지점의 궤간의 상태를 정상 상태로 판정해 판정 결과를 출력부(70)로 출력한다(S27, S28).
하지만, 산출된 궤간 차이의 절대값이 설정 오차 범위를 벗어나면(S25), 궤간 측정부(50)는 궤간(Drc, Drr)이 산출된 지점에 열차 선로의 휨이나 단선 등과 같은 이상 상태가 발생하여 해당 지점에서 궤간 상태가 비정상 상태, 예를 들어, 갑자기 궤간이 큰 폭으로 변화한 상태로 판정한다.
따라서, 산출된 궤간 차이의 절대값이 설정 오차 범위를 벗어나면(S25), 궤간 측정부(50)는 해당 지점의 궤간 상태를 이상 상태로 판정하여 판정 결과를 저장부(60)에 저장한 후(S29), 판정 결과를 출력부(70)로 출력한다(S30).
본 예에서, 출력부(70)로 출력되는 정보는 해당 지점의 궤간 상태가 상태(즉, 정상 상태나 비정상 상태), 해당 지점의 위치 정보, 해당 지점의 각 산출값[예, 제1 및 제2 열차 선로 간격(Pix1, Pix2, Pix11, Pix21,), 현재 궤간(Drc), 실제 궤간(Drr), 최종 궤간(Drf) 등]을 수 있다.
해당 지점의 위치 정보는 열차 위치 감지부(41)에서 출력되는 위치 정보를 이용하여 판정된다.
따라서, 관리자는 출력부(70)로 출력되는 판정 결과를 이용하여 관리자는 해당 지점의 정확한 궤간의 크기, 궤간 상태, 궤간의 변화량 등을 판정하고, 궤간 상태가 비정상 상태인 해당 지점에 대한 선로 점검을 신속하게 행하게 된다. 이로 인해, 열차 선로 상태의 점검이 신속하고 정확하게 행해지므로, 열차의 탈선 등의 사고가 예방된다.
이처럼, 본 예의 경우, 측정 프레임(MF)에 측정 프레임 경사각 감지부(31)를 설치하여 측정 프레임(MF)의 경사 정도를 신속하고 정확하게 감지하여, 감지된 측정 프레임(MF)의 경사 정도에 따라 측정된 궤간의 크기를 보정하므로, EN 규격에 맞는 정확한 궤간 측정이 이루어지게 된다.
본 예에서, 측정 프레임 경사각 감지부(31)는 1,000Hz로 각도 측정이 가능하며, 각도 정밀도는 0.005도 이하로 측정 가능하다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
11: 제1 레이저 스캐너 12: 제2 레이저 스캐너
21: 제1 스캐너 경사각 감지부 22: 제2 스캐너 경사각 감지부
31: 측정 프레임 경사각 감지부 41: 열차 위치 감지부
50: 궤간 측정부 R1: 제1 열차 선로
R2: 제2 열차 선로 Drf: 최종 궤간
Drc: 현재 궤간 Drr: 실제 궤간
T1: 제1 최고점 T2: 제2 최고점
P1: 제1 측정점 P2: 제2 측정점
Do1: 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리
Dt1: 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리
Dx1: 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리
Ox1: 제1 레이저 스캐너 설치 거리
Pix11: 현재 제1 열차 선로 간격 Pix2: 현재 제2 열차 선로 간격
Pix11: 실제 제1 열차 선로 간격 Pix21: 실제 제2 열차 선로 간격

Claims (15)

  1. 측정 프레임의 일측에 위치하고, 제1 열차 선로의 영상을 획득하는 제1 레이저 스캐너;
    상기 측정 프레임의 타측에 위치하고, 상기 제1 열차 선로와 마주보게 이격되어 있는 제2 열차 선로의 영상을 획득하는 제2 레이저 스캐너;
    상기 측정 프레임에 장착되어 상기 측정 프레임의 경사각을 감지하는 측정 프레임 경사각 감지부; 및
    상기 제1 및 제2 레이저 스캐너 및 상기 측정 프레임 경사각 감지부에 연결되어 있고, 상기 제1 레이저 스캐너에 의해 획득된 제1 선로 영상을 이용하여 제1 열차 선로 간격을 산출하고, 상기 제2 레이저 스캐너에 의해 획득된 제2 선로 영상을 이용하여 제2 열차 선로 간격을 산출하며, 상기 제1 열차 선로 간격과 상기 제2 열차 선로 간격을 이용하여 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 현재 궤간을 산출하고, 상기 측정 프레임 경사각 감지부에 의해 상기 측정 프레임이 경사진 상태이면 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도를 이용해 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 실제 궤간을 재산출하여 최종 궤간을 구하는 궤간 측정부;를 포함하고,
    상기 궤간 측정부는,
    제1 열차 선로에 대한 제1 측정점을 판정하고, 상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고, 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하며, 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리에서 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하고, 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리와 제1 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제1 열차선로 간격을 산출하고,
    제2 열차 선로에 대한 제2 측정점을 판정하고, 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고, 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하며, 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리에서 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하고, 제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리와 제2 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제2 열차선로 간격을 산출하는 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 궤간 측정부는 상기 현재 궤간과 실제 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위 내에 존재하면, 실제 궤간을 최종 궤간으로 판정하고, 현재 지점의 궤간 상태를 정상 상태로 판정하고, 상기 현재 궤간과 실제 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위를 넘어서면, 현재 지점의 궤간 상태를 비정상 상태로 판정하는 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 궤간 측정부에 연결된 열차 위치 감지부를 더 포함하고, 상기 궤간 측정부는 상기 열차 위치 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 최종 궤간의 측정 위치를 판정하는 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 궤간 측정부는 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 초기 레이저 조사각도를 기울기로 갖는 제1 1차 함수 그래프와 최단 직선 거리 중 가장 작은 값을 갖는 제1 및 제2 선로 영상의 지점을 각각 제1 및 제2 최고점을 판정하고, 상기 제1 및 제2 최고점에서 설정 거리만큼 하강한 하강 지점을 지나고 상기 제1 1차 함수 그래프와 동일한 기울기를 갖는 제2 2차 함수 그래프를 판정하고, 상기 제2 2차 함수 그래프와 상기 제1 및 제2 선로 영상이 각각 만나는 지점을 상기 제1 및 제2 측정점으로 정하는 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 궤간 측정부는,
    상기 제1 및 제2 선로 영상에서 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점을 판정하고, 상기 제1 및 제2 선로 영상을 이용하여 상기 제1 및 제2 측정점에 대응하는 제1 및 제2 측정점 투영점의 위치를 판정하며,
    각 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 각 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고,
    제1 및 제2 레이저 스캐너 원점 각각과 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 각 거리 및 각 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 제1 및 제2 측정점 투영점 각각이 이루는 변과 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 상기 제1 및 제2 측정점 투영점의 각 이동점이 이루는 변의 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 각 제1 및 제2 레이저 스캐너 원점과 각 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하고,
    상기 각도는 (90-제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도) 및 (90-제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도) 중 하나이고,
    상기 제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고,
    상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 실제 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간인 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 궤간 측정부는,
    상기 제1 및 제2 측정점과 상기 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 각 거리를 산출하고,
    상기 제1 및 제2 측정점과 상기 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 각 거리와 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도을 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제1 및 제2 측정점과 제1 및 제2 측정점 투영점 간의 거리를 각각 산출하고,
    상기 제1 레이저 스캐너의 레이조 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고,
    상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간인 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도는 각각 측정 프레임의 각도에 대응하는 레이저 스캐너의 조사 각도 변화량과 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너 각각의 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 제1 및 제2 레이저 스캐너의 각 실제 레이저 조사 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 궤간 측정부에 연결되어 있고, 상기 제1 레이저 스캐너와 상기 제2 레이저 스캐너의 경사각을 각각 감지하는 제1 스캐너 경사각 감지부와 제2 스캐너 경사각 감지부를 더 포함하고,
    상기 궤간 측정부는 상기 제1 및 제2 스캐너 경사각 감지부에서 출력되는 감지 신호를 이용해 판정된 실제 경사각을 이용하여 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도를 판정하는 것을 특징으로 하는 열차 선로의 궤간 측정 장치.
  10. 제1 레이저 스캐너를 이용하여 제1 열차 선로에 대한 제1 선로 영상을 획득하는 단계;
    상기 제1 선로 영상을 이용하여 제1 열차 선로 간격을 산출하는 단계;
    제2 레이저 스캐너를 이용하여 제2 열차 선로에 대한 제2 선로 영상을 획득하는 단계;
    상기 제2 선로 영상을 이용하여 제2 열차 선로 간격을 산출하는 단계;
    상기 제1 열차 선로 간격과 상기 제2 열차 선로 간격을 더하여 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 현재 궤간을 산출하는 단계;
    측정 프레임 경사각 감지부에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 측정 프레임의 경사각을 판정하는 단계;
    상기 측정 프레임이 경사진 상태인지 판단하는 단계; 및
    상기 측정 프레임이 경사진 상태이며, 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도를 이용해 상기 제1 열차 선로와 상기 제2 열차 선로 간의 실제 궤간을 산출하여 최종 궤간을 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 열차 선로 간격의 산출 단계는,
    제1 열차 선로에 대한 제1 측정점을 판정하는 단계;
    상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;
    제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;
    제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리에서 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하는 단계; 및
    제1 측정점과 제1 레이저 스캐너 간의 거리와 제1 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제1 열차선로 간격을 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 열차 선로 간격의 산출 단계는,
    제2 열차 선로에 대한 제2 측정점을 판정하는 단계;
    상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;
    제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;
    제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리에서 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 빼서 제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리를 산출하는 단계; 및
    제2 측정점과 제2 레이저 스캐너 간의 거리와 제2 레이저 스캐너 설치 거리를 더하여 상기 제2 열차선로 간격을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 궤간 측정 장치의 제어 방법.
  11. 제10항에서,
    현재 궤간과 실제 궤간의 차이를 산출하는 단계;
    산출된 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위 내에 존재하는지 판단하는 단계;
    산출된 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위 내에 존재하면, 실제 궤간을 최종 궤간으로 판정하고, 현재 지점의 궤간 상태를 정상 상태로 판정하는 단계; 및
    산출된 궤간의 차이 절대값이 설정 오차 범위를 벗어나면, 현재 지점의 궤간 상태를 비정상 상태로 판정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 궤간 측정 장치의 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에서,
    상기 제1 측정점의 판정 단계는,
    상기 제1 레이저 스캐너의 초기 레이저 조사 각도를 기울기로 갖는 제1 1차 함수 그래프를 판정하는 단계;
    상기 제1 1차 함수 그래프와 상기 제1 선로 영상 간의 최단 직선 거리 중 가장 작은 값을 갖는 제1 선로 영상의 지점을 제1 최고점으로 판정하는 단계;
    상기 제1 최고점에서 설정 거리만큼 하강한 하강 지점을 지나고 상기 제1 1차 함수 그래프와 동일한 기울기를 갖는 제2 2차 함수 그래프를 판정하는 단계; 및
    상기 제2 2차 함수 그래프와 상기 제1 선로 영상이 만나는 지점을 상기 제1 측정점으로 정하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 측정점의 판정 단계는,
    상기 제2 레이저 스캐너의 초기 레이저 조사 각도를 기울기로 갖는 제1 1차 함수 그래프를 판정하는 단계;
    상기 제1 1차 함수 그래프와 상기 제2 선로 영상 간의 최단 직선 거리 중 가장 작은 값을 갖는 제2 선로 영상의 지점을 제2 최고점으로 판정하는 단계;
    상기 제2 최고점에서 설정 거리만큼 하강한 하강 지점을 지나고 상기 제1 1차 함수 그래프와 동일한 기울기를 갖는 제2 2차 함수 그래프를 판정하는 단계; 및
    상기 제2 2차 함수 그래프와 상기 제2 선로 영상이 만나는 지점을 상기 제2 측정점으로 정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 궤간 측정 장치의 제어 방법.
  14. 제10항에서,
    상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계는,
    상기 제1 선로 영상에서 상기 제1 레이저 스캐너 원점을 판정하는 단계;
    상기 제1 선로 영상을 이용하여 상기 제1 측정점에 대응하는 제1 측정점 투영점의 위치를 판정하는 단계;
    상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리 및 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점이 이루는 변과 제1 레이저 스캐너 원점과 상기 제1 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계는,
    상기 제2 선로 영상에서 상기 제2 레이저 스캐너 원점을 판정하는 단계;
    상기 제2 선로 영상을 이용하여 상기 제2 측정점에 대응하는 제2 측정점 투영점의 위치를 판정하는 단계;
    상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리 및 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점이 이루는 변과 제2 레이저 스캐너 원점과 상기 제2 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 레이저 스캐너 원점과 제1 측정점 투영점이 이루는 변과 제1 레이저 스캐너 원점과 상기 제1 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도는 (90-제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도)이고, 상기 제2 레이저 스캐너 원점과 제2 측정점 투영점이 이루는 변과 제2 레이저 스캐너 원점과 상기 제2 측정점 투영점의 이동점이 이루는 변의 각도는 (90-제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도)이며,
    상기 제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고,
    상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 실제 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간인 것을 특징으로 하는 궤간 측정 장치의 제어 방법.
  15. 제10항에서,
    제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리의 산출 단계는,
    상기 제1 측정점과 상기 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 측정점과 상기 제1 측정점 투영점 간의 거리와 상기 제1 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제1 측정점과 제1 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;를 포함하고,
    제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리의 산출 단계는,
    상기 제2 측정점과 상기 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제2 측정점과 상기 제2 측정점 투영점 간의 거리와 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도를 이용한 삼각 함수식을 이용하여 제2 측정점과 제2 측정점 투영점 간의 거리를 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 레이저 스캐너의 레이조 조사 각도 및 상기 제2 레이저 스캐너의 레이저 조사 각도는 초기 레이저 조사 각도이거나 상기 제1 및 제2 레이저 스캐너의 실제 레이저 조사 각도이고,
    상기 초기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 현재 궤간이고, 상기 레이저 조사 각도를 이용하여 산출된 궤간은 실제 궤간인 것을 특징으로 하는 궤간 측정 장치의 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109425289A (zh) * 2017-09-02 2019-03-05 湖南北斗星空自动化科技有限公司 一种利用倾角测距原理自动监测轨道板裂缝的方法
CN108709566B (zh) * 2018-04-10 2023-06-16 浙江大学 数字近景摄影测量参数测定与可靠性检验的装置及方法
CN109653045B (zh) * 2019-01-28 2021-03-12 武汉光谷卓越科技股份有限公司 轨距测量方法及装置
CN110904751B (zh) * 2019-10-28 2021-07-16 郑州轻工业学院 一种铁路轨距检测方法及装置
AT18072U1 (de) * 2022-05-24 2023-12-15 Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gmbh Schienenfahrzeug und Verfahren zum Erfassen eines Spurweitenverlaufs

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004101215A (ja) * 2002-09-05 2004-04-02 Kawasaki Heavy Ind Ltd 軌道間隔測定方法および軌道間隔測定装置
JP2008505260A (ja) * 2004-06-30 2008-02-21 ジヨージタウン・レール・エクイツプメント・カンパニー 鉄道線路を検査するためのシステムおよび方法
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004101215A (ja) * 2002-09-05 2004-04-02 Kawasaki Heavy Ind Ltd 軌道間隔測定方法および軌道間隔測定装置
JP2008505260A (ja) * 2004-06-30 2008-02-21 ジヨージタウン・レール・エクイツプメント・カンパニー 鉄道線路を検査するためのシステムおよび方法
KR101266394B1 (ko) * 2011-12-16 2013-05-22 한국과학기술연구원 거리측정 센서의 입사각 영향에 따른 오차 보정방법

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