KR102069238B1

KR102069238B1 - 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법

Info

Publication number: KR102069238B1
Application number: KR1020180127881A
Authority: KR
Inventors: 김종찬; 김현태
Original assignee: 김현태
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-01-22

Abstract

본 발명은 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열차가 곡선로 레일의 체결력이 일정치 이하로 약화된 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 체결력 검사를 위한 레일의 체결력 검사 센서; 상기 열차가 레일의 들뜸 간격이 일정치 이상인 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 들뜸 간격 검사를 위한 레일 들뜸 검사 센서; 상기 레일의 하측부에 설치되는 레일받침 평판의 존재 여부를 검사하는 레일받침 평판 검사 센서; 상기 레일에 침목이 사용된 경우 상기 침목의 노후 및 부식을 검사할 수 있는 노후/부식 검사 센서; 및 상기 침목의 고정 못의 위치와 체결 상태를 검사하는 고정 못 검사 센서;로 구성된 장치를 이용한 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법에 관한 것이다.

Description

궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법{Inspection method using track circuit safety check device}

철도는 친환경, 대량 수송, 정시성, 에너지 효율성, 안전성 등의 장점이 있어 국가 기간 교통망으로 지속적인 건설과 시설 투자가 이루어진다.

첨단 기술의 발전으로 열차의 고속 조밀 운행으로 철도 사고 발생요인이 증가하였으나, 안전설비 확충과 운영요원의 능력향상, 승객의 의식 향상 등으로 지속적으로 사고 발생 건수가 감소했다.

철도 교통은 불특정 다수의 승객이 이용하는 대중 교통수단으로 사고 발생 시 소중한 인명 및 재산피해로 이어질 수 있어 철도사고가 발생할 경우 명확한 원인분석과 예방대책을 수립 시행하여 동종, 유사 사고방지는 물론 안전운행 체계 확보에 최선을 다하여야 한다.

철도사고의 유형은 충돌, 탈선, 화재, 인명피해, 재산피해로 구분하며, 철도사고는 대부분 인적오류와 설비 노후에 의해 발생한 것으로 나타나고 있는 실정이다. 특히 사소한 부주의 및 안전수칙 등 인적오류에 의해 발생한 철도사고는 철도 업무에 종사하는 모든 관련자들에게 큰 시사점을 안겨주고 있다.

도 1과 도 2에서 보는 바와 같이 실예를 보면, 우보역을 43km/h의 속도로 통과하여 탑리역 방향으로 약 52km/h의 속도로 운행하던 유류 화물열차가 12호 화차의 앞 대차 2번째 차축 오른쪽 차륜 1개가 파손되었다.

차륜이 파손된 상태로 탑리역을 43km/h의 속도로 통과하여 비봉역 방향으로 62km/h의 속도로 운행하여 사고 화차 2번째 화차 2번 차축 좌측 차륜이 진행방향 왼쪽으로 탈선(탈선된 상태로 220m 추가 운행, 비상제동 체결)한 것이다.

이는 화차 차륜의 플랜지 부분에서 발생된 피로 균열이 차륜 중앙 부분으로 균열이 진행되어 차륜 파손, 열차 주행 중 탈선한 것으로 판단되었다.

또한 로컬관제사가 이문차량기지 12번 선로의 전동회송 열차를 무선전화로 출발을 유도하는 동안 11번 선로의 전동 회송열차 기관사는 12번 선로 열차 출발 무선을 11번 선로 출발 무선으로 착각하여 신호 및 진로를 오인하고 출발, 45호 선로전환기를 파손하여, 로컬관제사가 사고열차를 정차시킨 후 후진을 유도하여 파손된 45호 선로전환기에서 객차 4량이 탈선되었다.

또한 연화역 구내 대한송유관공사 전용선에서 입환을 하던 화물열차가 측선 5번 선으로 분기되는 24호 선로전환기 부근에서 열차진행방향 오른쪽으로 화차 2량(1호, 2호 화차)이 탈선하였다.

대한송유관공사 전용 철도 선로전환기 부근 곡선 구간 중 상태가 불량한 곡선 선로 구간에 사고 열차가 운행되어, 차륜이 레일을 타고 올라 운행되다가 곡선레일 외측 탈선이 된 것이다.

또한 동산역을 출발하여 신광양항역으로 운행하던 화물열차가 전주역 통과 중 21호차 앞 대차 첫 번째 우측 차륜 파손으로 진행방향 우측으로 탈선하였다.

다른 선로에서 진입 중이던 무궁화호 기관사가 탈선상태를 목격하고 사고열차 기관사에 무선 통보, 사고열차 기관사가 비상제동을 체결(정차)하였지만 탈선하였다.

또한 간치역에서 서천화력선 동백정역으로 운행하던 중 좌측으로 굽은 곡선 선로구간(R=400) 외측 레일 체결력 부족으로 외측으로 밀리면서 화차 5량이 탈선하였다.

즉 사고발생 구간 선로 관리 소홀로 레일의 체결력이 약화된 상태에서 열차가 곡선로를 운행 중 횡압에 의해 양쪽 차륜 모두 오른쪽으로 탈선한 것이다.

따라서 철도는 신속하고 안전하게 승객 및 화물을 수송하는 것이 본연의 목적이라 할 수 있다. 철도사고가 발생하면 철도 운영 기관은 즉시 복구 작업을 수행하는 과정에서 증거물이 훼손된다. 그러나 신속한 복구를 통해 증거물이 훼손되어 원인분석이 곤란하게 되어 최적화된 대책 및 안전권고를 발행할 수 없고, 동종 유사 사고는 계속 발생될 수밖에 없는 문제가 있다.

이 외에도 열차 화재나 무인 열차의 탈선과 같이 외부 기관에 현장을 인계해야할 상황의 경우 추가적인 대책 마련이 어려워 2차 사고로 확대되는 문제도 있었다.

한국등록특허 제0951900호 한국등록특허 제1001712호 한국등록특허 제1360951호 한국등록특허 제0961899호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명은 최근 10년간의 열차 사고를 분석하여 철도 신호 분야에서 많이 발생하면서 개선의 여지가 높은 몇 가지 부분을 골라 특정 센서로 실시간 감시하여 안전 사고를 최대한 낮출 수 있는 궤도회로 안전 점검장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 열차가 곡선로 레일 체결 장치의 체결력이 일정치 이하로 약화된 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 체결력을 촬영 이미지를 통해 검사하는 체결력 검사 센서; 상기 열차가 레일의 들뜸 간격이 일정치 이상인 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 들뜸 간격을 촬영 이미지를 통해 검사하는 레일 들뜸 검사 센서; 상기 레일의 하측부에 설치되는 레일받침 평판의 존재 여부를 촬영 이미지를 통해 검사하는 레일받침 평판 검사 센서; 상기 레일에 침목이 사용된 경우 촬영 이미지를 통해 상기 침목의 노후 및 부식을 검사할 수 있는 노후 및 부식 검사 센서; 및 상기 침목의 고정 못의 위치와 체결 상태를 촬영 이미지를 통해 검사하는 고정 못 검사 센서;로 구성된 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법에 있어, 제어부가 상기 복수의 검사 센서들을 통해 이전 열차가 지나간 후 생성된 영상과 현재 열차가 지나가기 전 촬영한 영상을 비교하여 레일의 체결력과 들뜸 간격과 레일받침 평판의 존재 여부를 검사하는 단계; 상기 제어부가 상기 복수의 검사 센서들을 통해 이전 열차가 지나간 후 생성된 영상과 현재 열차가 지나가기 전 촬영한 영상을 비교하여 상기 침목의 노후 및 부식과 고정 못의 위치와 체결 상태를 검사하는 단계; 상기 제어부가 상기 레일의 체결력과 들뜸 간격과 레일받침 평판의 존재 여부를 검사하는 단계와 상기 침목의 노후 및 부식과 고정 못의 위치와 체결 상태를 검사하는 단계에서 문제가 발생하였는 지를 확인하는 단계; 상기 제어부가 상기 문제의 상태를 제1 작업자 단말기에 전달하는 단계; 상기 제어부가 상기 제1 작업자의 단말기에 유지 보수 설명을 표시하는 단계; 상기 제어부가 상기 복수의 검사 센서들을 통해 상기 문제가 해결되었는지 다시 확인하는 단계; 상기 제어부가 상기 문제가 해결되지 않았다면 제2 작업자 단말기에 문제를 전달하고 상기 제2 작업자의 단말기에 상기 유지 보수 설명을 표시하는 단계; 상기 제어부가 상기 문제가 외부 기관의 협력을 얻어야 하는 유형에 포함된 경우 외부 기관 작업자 단말기에 문제를 전달하고 상기 외부 기관 작업자의 단말기에 상기 유지 보수 설명을 표시하는 단계;를 포함하되, 상기 제어부가 반복적으로 복합 결함 요인에 의해 발생하는 사고를 예방하기 위해 분야별 사고사례를 분석한 후 통계화하여 상기 레일의 체결력 검사 센서, 레일 들뜸 검사 센서, 레일받침 평판 검사 센서, 노후 및 부식 검사 센서, 및 고정 못 검사 센서 중 하나 이상을 선정하여 상기 작업자 단말기들에 전달하여 동종 및 유사 사고 발생을 최소화하고, 상기 제어부를 통해 열차 화재를 포함하는 1인 기관사가 처리할 수 없는 대형 사고인 경우 다음역의 모니터에 도움 요청을 하고, 추가되는 작업자의 단말기에는 철도 사고에 경험이 없더라도 유지 보수 설명대로 대응할 수 있도록 유지 보수 설명을 각각 공유하여 2차 사고를 예방할 수 있다.

상기 복수의 검사 센서들을 통해 검사하는 단계는, 터널 입/출구, 교량, 절/성토 연결구간, 레일이음매, 급 곡선/급 구배, 목 침목 부설 구간을 포함하는 전용철도구간 선로 취약개소에 대한 검사 단계;이다.

상기 열차의 주행 중에 차륜과 궤도의 침목과 자갈사이에서 발생하는 초음파 신호를 측정하는 마찰력 감지 센서;를 더 포함한다.

*상기 제어부는 상기 레일의 안쪽 내부 영역에 설치되며 레일의 측면에 형성된 관통홀에 볼트로 결합되는 상기 복수의 검사 센서들과 전기적으로 연결된 센서 회로부를 통해 센싱 정보를 수집하여 분석한다.

상기 제어부는 레일 체결 장치의 최초 결합 이미지와 시간이 흐름에 따라 촬영된 이미지를 비교하여 체결력 약화를 감지한다.

상기 마찰력 감지 센서에서 전달받은 정보를 통해 초음파 신호의 주기성을 검출하고, 차륜이 손상됐을 때 나타나는 특정 주기성이 발견될 경우 관련 정보를 분석한다.

상기 제1 작업자와 제2 작업자는 고유 번호를 포함하는 RFID 리더를 통해 인증 받은 작업자만이 포함된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 반복적으로 복합 결함 요인에 의해 발생하는 사고를 예방하기 위해 분야별 사고사례를 정확히 분석 조치하여 동종, 유사 사고 발생을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은 궤도 회로 유지보수 기준 제정 및 관리체계를 구축하여 동일 또는 유사한 철도사고를 예방하고 작업자의 착각이나 오류에 의한 추가 사고를 방지할 수 있다.

또한 열차 화재나 1인 기관사가 처리할 수 없는 대형 사고인 경우 다음역에 도움 요청을 신속하게 하고, 철도 사고에 경험이 없더라도 충실하게 설명된 유지 보수 설명대로 대응할 수 있도록 하여 2차 사고를 예방할 수 있다.

도 1은 종래 발명의 일실시예에 따른 (a) 차륜 조각 모음, (b) 산화 피로 균열, (c) 침목 부식 상태 등으로 인해 탈선이 발생하였던 현장 사진이다.
도 2는 종래 발명의 일실시예에 따른 궤도회로 안전 점검장치의 (a) 궤도의 침목과 자갈사이의 마찰력, (b) 차륜의 플랜지 부분에서 발생된 피로 균열이 발생하였던 현장 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실제 레일에 설치된 예를 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법을 보여주는 플로챠트이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 철로 통합 감시 장치와의 정보를 주고 받는 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레일에 귀선이 연결된 전력 생성부의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 열차가 곡선로 레일의 체결력(예 : 레일 체결 장치의 체결력)이 일정치 이하로 약화된 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 체결력 검사를 위한 레일의 체결력 검사 센서(301), 상기 열차가 레일의 들뜸 간격이 일정치 이상인 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 들뜸 간격 검사를 위한 레일 들뜸 검사 센서(302), 상기 레일의 하측부에 설치되는 레일받침 평판의 존재 여부를 검사하는 레일받침 평판 검사 센서(303), 상기 레일에 침목이 사용된 경우 상기 침목의 노후 및 부식을 검사할 수 있는 노후/부식 검사 센서(304), 상기 침목의 고정 못의 위치와 체결 상태를 검사하는 고정 못 검사 센서(305)로 구성된 궤도회로 안전 점검장치에 관한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 레일의 체결력 검사 센서(301), 레일 들뜸 검사 센서(302), 레일받침 평판 검사 센서(303), 노후/부식 검사 센서(304), 고정 못 검사 센서(305)는 영상 카메라나 특정 센서로 이루어지며, 레일의 측면에 형성된 관통홀에 볼트 등으로 결합되며 외부로 전선(502, 504)을 통해 전력을 공급 받으며, 정밀한 측정을 위해 레일 카메라(501, 503)가 일정 각도(예 : 도 1의 타일 플레이트의 주변 오링 또는 롤 패드 방향)로 기울질 수 있다.

상기 체결력 검사 센서(301)는 도 1 (b)의 레일 체결 장치의 결합 위치나 결합 틈 사이를 정밀 촬영하여 체결력을 유추할 수 있는 정보를 제공하는 센서이다.

예를 들어 제어부(50)가 레일 체결 장치의 최초 결합 이미지와 시간이 흐름에 따라 촬영된 이미지를 비교하여 체결력 약화를 감지한다.

이렇게 비교된 체결력 정보는 도 6의 통합 감시부(60)로 전달되어 보수 여부를 최종 결정하도록 한다.

*또한 상기 레일받침 평판 검사 센서(303)는 레일받침의 이탈로 전체 레일 체결 장치의 높이가 줄어든 경우 이를 유추할 수 있는 정보를 제공하는 센서이다.

또한 상기 레일 들뜸 검사 센서(302)나 고정 못 검사 센서(305)는 이전 열차가 지나간 후 생성된 영상과 현재 열차가 지나가기 전 촬영한 영상을 비교하여 레일 들뜸이나 못 이탈의 검지할 수 있다. 이러한 영상을 비교하는 방법은 노후/부식 검사 센서(304)의 노후 및 부식을 검사하는 데 사용할 수도 있다.

예를 들어 t시점의 영상 정보와 t-1 시점의 영상 정보의 임의의 픽셀에 대한 밝기 성분의 차이값을 산출하여 임계값과 비교하여 상기 픽셀에 대한 변경 여부를 판단하여 변경이 없는 경우, t-1 시점의 영상 정보의 픽셀값으로 변경하는 작업을 반복한다. 만일 임계값과 비교하여 변경이 되었다고 판단되면 t시점의 영상 정보를 저장하여 통합 감시부(60)로 노후 및 부식 여부를 전달할 수 있다.

본 발명은 상기 레일의 안쪽 내부 영역에 설치되며 상기 복수의 검사 센서들과 전기적으로 연결된 센서 회로부를 통해 센싱 정보를 수집하여 분석하는 제어부(50)를 더 포함하여 구성된다.

또한 본 발명은 상기 제어부(50)를 수용하여 몰딩 처리하는 하우징과, 상기 하우징의 내부를 관찰할 수 있으면서, 외부 환경에서 보호하는 보호렌즈를 더 포함한다.

그리고 상기 검사 작업 후 보수를 진행하는 제1 작업자와 제2 작업자는 고유 번호를 포함하는 RFID 리더를 통해 인증 받은 작업자만이 포함된다.

이하 도 5a 내지 도 5c를 참고하여 본 발명의 실시를 위한 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법에 대하여 자세히 설명한다.

먼저 상기 제어부는 복수의 검사 센서들을 통해 레일의 체결력과 들뜸 간격과 레일받침 평판의 존재 여부를 검사한다.

상기 제어부는 상기 복수의 검사 센서들을 통해 상기 침목의 노후 및 부식을 검사하고 고정 못의 위치와 체결 상태를 검사한다.

상기 제어부는 상기 검사 단계에서 문제가 발생하였는 지를 확인한다.

그리고 상기 제어부는 문제의 상태를 제1 작업자에게 전달한다. 이 때 본 발명에서는 작업자에게 정보를 전달하는 방식으로 단말기를 통하는 것이 바람직하다. 이하 같다.

또한 상기 제1 작업자의 단말기에 유지 보수 설명을 표시한다.

그리고 상기 복수의 검사 센서들을 통해 상기 문제가 해결되었는지 다시 확인한다.

상기 문제가 해결되지 않았다면 제2 작업자에게 문제를 전달하고 상기 제2 작업자의 단말기에 상기 유지 보수 설명을 표시한다.

따라서 본 발명은 사고발생 구간 선로 관리 소홀로 레일의 체결력이 약화된 상태에서 열차가 곡선로를 운행 중 횡압에 의해 양쪽 차륜 모두 일정 방향으로 탈선되어, 침목 노후, 레일 들뜸, 스파이크(침목 고정 못) 솟아오름, 레일받침 평판(타이플레이트) 미설치 문제를 해결할 수 있다.

추가적으로 통합 감시부를 통해 상기 문제가 외부 기관의 협력을 얻어야 하는 유형에 포함된 경우 외부 기관 작업자에게 문제를 전달하고 상기 외부 기관 작업자의 단말기에 상기 유지 보수 설명을 표시하는 단계를 포함할 수 있다.

따라서 혼자서 열차를 운전하는 기관사 상황에서 화재 등의 원인으로 터널 안에 갇힌 승객들이 발생한 경우, 인접한 업무 분담역 직원들에게는 열차 사고에 대한 아무런 권한과 책임이 없다면 적극적인 대책 마련이 어려울 수 있다.

즉 만약 열차 사고가 나면 그 사고를 수습할 권한과 책임은 오로지 기관사에게만 부여하는 것이 아니라 업무 분담역 직원(작업자)에게 유지보수 기준에 따른 유지 보수 설명을 전송하고, 유지 보수 설명에는 세부 권한과 책임에 대한 내용이 전달된다.

만약 기관사가 심하게 다쳤다면 외부 기관(예 : 119)에 문제를 전달하고 상기 외부 기관 작업자의 단말기에 상기 유지 보수 설명(책임과 권한 등을 포함)을 추가로 전달함으로서 신속하고 책임 있는 대응을 유도할 수 있게 된다.

따라서 상술한 바에 의해 현행 현장인력의 정기 점검 형태의 획일적인 관리방식에서 탈피, 유지보수 체계를 과학적 분석기법을 활용한 일원화 된 예방보수체계를 마련할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서 차륜 답면이 균열된 상태에서 계속 운행되면서 금속 조직 상호 결합이 약해져 차륜 답면에 가해지는 하중으로 차륜 파손이 생길 경우가 있다. 이를 위해 본 발명은 차륜 답면을 정밀 검사할 수 있는 센서(미도시)가 더 포함될 수 있다.

또는 상기 제어부는 상기 차륜 답면에 가해지는 하중으로 차륜 파손이 생길 경우 소형 카메라를 통해 상기 차륜 답면의 촬영 이미지를 분석 소프트웨어로 파손 부분을 정밀 분석할 수 있다.

이러한 정밀 분석 결과 보통 대차 사이드 프레임 안쪽 금속 조직이 약해진 상태에서 열차의 하중 및 충격으로 피로 균열이 발생한 것으로 판명된다.

또한 본 발명은 상기 레일에 침목이 사용된 경우 상기 침목의 노후 및 부식을 검사할 수 있는 노후/부식 검사 센서(304)를 더 포함할 수 있다.

왜냐하면 선로전환기 부근 곡선 구간 중 상태가 불량한 곡선 선로 구간에 사고 열차가 운행되어, 차륜이 레일을 타고 올라 운행되다가 곡선레일의 외측으로 탈선할 수 있기 때문이다.

즉 상기 제어부는 상기 센서들을 통해 선로전환기 곡선구간에 횡압이 크게 작용하는 지점에 부식된 침목 등으로 궤간 및 레일 수평 적정 기준치 초과인지 판단할 수 있다.

또한 본 발명은 일실시예로서 주행 중에 차륜과 궤도의 침목과 자갈사이에서 발생하는 초음파 신호를 측정하는 마찰력 감지 센서를 더 포함할 수 있다.

예를 들어 2종 기계 작업을 시행하여 궤도의 침목과 자갈사이의 마찰력 감소 및 도상 저항력(40~50% 감소)이 저하된 상태에서 복원(재설정) 및 도상 안정화 작업 미 시행 시 주로 발생한다.

이 때 도상 안정화 작업을 할 경우 도상저항력 소실분 30%이상 복원이 가능하다.

또한 본 발명에서 차륜의 플랜지 부분에서 발생된 피로 균열이 차륜 중앙 부분으로 균열이 진행되어 차륜 파손, 열차 주행 중 탈선이 발생할 수 있다.

본 발명은 차륜 플랜지 균열과 답면에 대한 검사를 정밀하게 시행할 수 있도록, 본 발명은 차륜 플랜지 균열 검사 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 전체 검사 시 차륜 등의 미세 균열 발견에 대한 검사 방법에 대해 실무지침을 작성하여 무선 통신 모듈을 통해 상기 작업자들의 단말기에 전송하여 표시하게 하여 작업의 용이성을 도울 수 있다.

여기에서 상기 복수의 검사 센서들을 통해 검사하는 단계는, 터널 입구 및 출구, 교량, 절토 및 성토 연결구간, 레일이음매, 급 곡선/급 구배, 목 침목 부설 구간을 포함하는 전용철도구간 선로 취약개소에 대한 검사 단계임이 바람직하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 일원화 된 궤도 회로의 예방보수체계를 마련하기 위해 고유 번호를 포함하는 RFID 리더(72)를 통해 작업자 개인이 소지하는 RFID 카드(71)를 인식하여 개인 정보를 제어부(50)에 전달한다.

상기 고유 번호는 레일의 위치에 따라 고유하게 부여하는 번호로서 철도시설 이력정보시스템에 저장되며, 상기 RFID 리더(72)의 정확한 위치를 파악할 수 있고, 상기 위치에 대응하는 카메라(21, 22)의 촬영 영상을 원할 경우 용이하게 통합 감시부(60)로 제공할 수 있다.

상기 개인 정보는 작업자의 정보도 있지만, 제어부(50)가 작업자가 현재 작업하는 장소가 정확한 지를 확인하거나 작업 위치를 확인하기 위해 사용한다.

제1 카메라(21)는 상기 기구함 도어의 외측을 촬영하는 모듈로서, 기구함 주변의 영상을 실시간 촬영하여 상기 제어부(50)에 전송할 수 있다.

예를 들어 상기 작업자 소지하는 RFID 카드(71)가 인식되면 상기 제1 카메라 모듈(21)이 회전하여 작업자의 작업 영상을 촬영하고, 상기 RFID 리더(72)의 고유 번호와 함께 상기 제어부(50)에 전송한다.

또한 상기 카메라들과 레일 카메라들(21, 22, 501, 503)은 선로를 따라 순차적으로 설치되어 열차 진행 방향 전방의 선로 영상을 촬영하고, 상기 선로 영상을 분석하여 선행 열차 존재 여부, 선행 열차 운행 정보, 장애물 존재 여부 및, 선로 이상 여부 등을 검출한 후, 상기 선로 영상과 선로 영상 분석 결과 등을 제어부(50)를 통해 통합감시부(60)와 실시간 철도안전 통합감시제어 시스템(76)으로 전송하여, 선행 열차 존재 여부와 장애물 존재 여부 및 선로 이상 여부에 따라 열차 운행을 자동 제어하고, 선로 영상과 선로 영상 분석 결과 등을 수신하여 모니터(75)에 나타내도록 한다.

상기 레일 카메라들(501, 503)은 상기 레일의 체결력 검사 센서(301), 레일 들뜸 검사 센서(302), 레일받침 평판 검사 센서(303), 노후/부식 검사 센서(304), 고정 못 검사 센서(305)로 대체될 수 있다.

제2 카메라(22)는 상기 기구함 도어의 내측 영상을 촬영하는 모듈로서, 상기 기구함 내부의 상태를 파악할 수 있을 뿐 아니라, 상기 기구함(73)의 도어를 열면 바로 노출되는 위치에 부착되어 기구함(73)에 대한 수리자(또는 작업자)의 영상을 촬영하여 상기 제어부(50)에 전송할 수 있다.

이 때 상기 기구함(73) 수리자의 RFID 카드(71)의 정보도 제어부(50)에 전송되어, 인증된 수리자인지 확인하는 절차를 거친다.

알람 모듈(230)은 상기 기구함 도어의 외측에 설치되어 경고 알람을 울리는 장치로서, 상기 RFID 카드(71)가 인식된 작업자가 현재 열차가 진입하는 위치에서 작업하고 있다면 경고 알람을 울리며, 상기 기구함(73)의 수리자가 인증되지 않은 사람인 경우에도 같은 경고 알람을 울릴 수 있다.

제어부(50)는 상기 카메라들(21, 22, 501, 503)을 통해 획득한 다음역의 정보를 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터(75)에 표시하도록 제어하는 모듈로서, 상기 기관사는 제어부(50)에서 전송한 인식 모듈의 고유 번호와 작업자 정보와 상기 카메라들(21, 22, 501, 503)로 촬영한 레일 주변의 영상을 전달받아 현재 진입하는 지역의 상황을 한눈에 파악할 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 전력생성부(99)를 더 추가할 수 있는 데, 제1 레일(81)과 제2 레일(82)과 연결되는 1차 코일과 2차 코일로 구성된 변압기 구조체(40), 상기 변압기 구조체(40)에서 상기 제1 레일과 연결되는 1차 코일의 제1 단자(P1), 상기 제1 단자(P1)를 주회하여 결합되는 제1 CT(83), 상기 변압기 구조체에서 상기 제2 레일과 연결되는 1차 코일의 제2 단자(P2), 상기 제2 단자(P2)를 주회하여 결합되는 제2 CT(85), 상기 변압기 구조체의 1차 코일에서 전차전류(귀선전류)를 회귀시키기 위한 귀선과 연결되는 중심단자(CT; Center Tab), 상기 중심단자(CT)를 주회하여 결합되는 제3 CT(84), 상기 제3 CT(84)에서 생성되는 전류를 정류하여 전력을 생성하는 전력 생성부(110, 120)로 구성된다. 상기 전력 생성부에서 생성된 전력은 상술한 각 센서들과 제어부 등에 공급된다.

이 외에도 열차의 통과시간 및 통과속도를 측정하는 지상자와, 상기 제1 CT와 제2 CT에서 전류 감지 유무를 모니터링하여 전류가 감지되지 않으면 레일 절손으로 판정하는 레일 절손 판정부 등이 추가로 연결될 수 있다.

또한 절체 스위치(86)는 1개의 임피던스 본드를 복수개의 커플링 유니트 중 하나와 선택적으로 연결시킨다. 절체 스위치는 신호 기계실의 제어기에 의해 원격으로 절체될 수 있으며, 물론 사용자에 의해 수동으로 절체될 수도 있다.

또한 커플링 유니트통합감시부(87, 88)는 송신 및 수신 주파수를 위한 2개의 LC 공진회로, 즉 제1 LC 공진회로통합감시부와 제2 LC 공진회로통합감시부, 차상신호용 콘덴서, 그리고 정전용량 보상용 콘덴서 등으로 구성되며, 커플링 유니트의 제1 단자 및 제2 단자는 AF 케이블을 통해 신호 기계실의 설비와 연결된다.

제어부(50)는 상기 전력 생성부에서 생성된 전력을 상기 각 모듈들에 분배하고, 상기 카메라 모듈들(20, 21, 22, 501, 503)을 통해 입력된 주변 영상정보를 저장하고, 열차정보에 대한 운행스케줄에서 열차가 진행하는 방향의 역들 중 다음역을 선정하여, 선정된 다음역의 정보를 상기 외부의 통합감시부(60)에 요청하는 장치이다.

상기 제어부(50)는 상기 카메라 모듈들(20, 21, 22, 501, 503)의 움직임을 위해 하측부에 설치된 모터의 작동을 제어하며, 카메라의 촬영 각도 및 촬영 범위를 변경시킬 수 있다.

따라서 상기 제어부(50)는 침입자가 나타났을 경우에 또는 기관사가 현장 모니터 영상을 원할 경우에 현장 동영상을 촬영하여 통합감시부(60)에 제공할 수 있다.

그리고 한 방향을 따라 운행하는 열차가 기점을 출발한 경우 운행스케줄 상에 형성된 여러 역 중 다음 역을 향해 운행하게 되며, 열차가 출발한 기점이 운행스케줄 상에 역 정보로서 포함된 경우, 운행스케줄 상의 역 중에서 두 번째 역이 다음 역으로 선정되고, 선정된 다음역의 정보에 대해 상기 카메라 모듈(20, 21, 22, 501, 503)을 통해 획득한 다음역의 정보를 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터에 표시하는 통합감시부(60)로 구성된다.

상기 통합감시부(60)는 GPS 또는 이동통신망을 통한 열차의 위치정보와, 상기 RFID 카드를 통해 전달받은 작업자 개인의 정보를 통해 어느 철로 주변에서 작업하고 있는지와 현재 열차의 위치를 확인하여 열차의 접근을 제한시킨다.

즉 통합감시부(60)는 미리 레일 카메라(503) 등을 통해 획득한 도착할 다음역의 영상 정보, 상기 제어부(50)에서 전송한 인식 모듈(10)의 위치 등을 알기 위한 고유 번호와 현재 작업지에서 작업해야할 작업자 명부를 포함하는 작업자 정보와 레일 카메라(503)로 촬영한 레일 주변의 영상을 전달받아 현재 진입하는 지역의 상황을 입체적으로 파악하도록 열차 내부 모니터(75)에 표시한다.

상기 이동통신망을 통해 열차와 이동통신을 수행하거나 무선인터넷망을 통해 열차와 무선인터넷통신을 수행할 수 있는 데, 무선통신을 수행하는 무선통신장치나, CBTC를 사용한 무선통신장치, 무선인터넷망을 이용한 무선인터넷통신장치 및, CDMA(CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS: 코드분할 다중접속)망, 또는 GSM(GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION)망을 사용할 수 있다.

상기 기구함(73) 도어가 열려져 수광되는 빛의 양이 설정된 값 미만으로 판단되면 상기 제2 카메라 모듈(22)의 동작을 중지시키고 작업자에게 안내 문자를 발송하며, 상기 수광되는 빛의 양이 상기 설정된 값 내지 일정 % 이하일 경우 작업자에게 경고 문자를 발송하고, 일정 % 이상일 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 작업자에게 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터(75)에 표시한다.

상기 기구함(73) 도어에 각도 센서를 부착하여 일정 각도 이상 열릴 경우 상기 알람 모듈을 통해 알람을 울리면서 비상 문자를 작업자에게 발송하고 열차 내부로 전송하여 기관사의 모니터(75)에 표시한다.

본 발명의 일실시예에 따라 상기 제1 CT(83)와 제2 CT(85)를 통해 각각 입력되는 전류값들의 차이를 연산하고 그 전류차이값을 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 전류차이값이 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하면 레일 절손으로 판정하는 비교처리부와 상기 비교처리부가 레일 절손으로 판정하는 경우 경보정보를 지상의 기기실로 전송하는 경보발령부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 일실시예에 따라 제1 CT(83)와 제2 CT(85)에서 발생하는 전류 데이터를 수집하여, 상기 수집된 전류 데이터 중 정상 데이터를 판별하여 기준 패턴으로 데이터베이스에 저장하고, 상기 수집된 전류 데이터를 소정의 샘플 크기로 나누어 각 프레임별 에너지를 구하고, 상기 수집된 전류 데이터에 대한 전체 프레임에서의 최대 에너지 프레임과 그 이웃하는 복수의 프레임들을 디지털화하고 전력선 통신으로 상기 통합감시부(60)에 전송한다.

예를 들어 본 발명에 따른 전력선 통신은 출력 전압을 수신하여 상기 전력선의 전압 레벨 변동을 나타내는 전압 변화 검출신호를 이용하고 전력선을 통신선으로 사용하여 전원과 통신신호를 다중화하여 동시에 전송(FDM의 원리)하는 방법을 이용하고, 전력선 통신을 위해 사용하는 펄스 부호 변조(이하 PCM)는 신호 레벨을 균일한 주기로 표본화한 다음 아날로그 정보를 디지털 이진 코드로 양자화 처리한다.

한편 도 5의 변압기 구조체(40)는 도 6 (a)의 제1 레일(81)과 제2 레일(82)에 전기적으로 연결된 회로(85, 86, 87, 88)를 말한다.

상기 회로(85, 86, 87, 88)에 의해 저장된 전력을 저장하는 전력 생성부(99)가 추가로 구성되어 제어부(50)의 제어에 따라 각 모듈들에 전원 역할을 한다.

그러나 본 발명에 따른 전력생성부(99)의 출력전압의 크기에 따라 발생하는 고장사고 및 부속품의 소손으로 인한 전원공급 불량원인이 발생한다.

또한 기존 전력생성부(99)의 부하분담형 병렬방식은 1계가 고장 시 나머지 2계가 전체 부하를 담당하게 되므로 순간적으로 부하율이 50%에서 100%로 증가함에 따라 기동전류와 유사한 대전류가 요구되어 순간적으로 인버터부의 출력전압이 설정치 이하로 떨어지는 현상이 발생 할 수 있다.

정상적으로 부하분담 병렬운전 중에 고장이 발생하여 나머지 2계가 부하를 전담하게 될 경우 순간적으로 부하전류가 상승하게 되어 인버터부 정격용량보다 큰 돌입전류가 발생 할 수 있다. 이러한 돌입전류는 순간적으로 인버터부의 출력전압을 감소시켜 부하계통에 순간정전이나 LOW VOLTAGE로 인한 기기고장을 야기 할 수도 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명은 전력생성부(99)를 한쌍으로 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)로 크게 나누어, 상기 한쌍의 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)에 설치되는 한쌍의 출력변압기(12a, 12b)와 상기 한쌍의 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 바이패스 라인에 설치되는 바이패스용 무순단이중화절체스위치부(118, 128)와, 상기 바이패스용 무순단이중화절체스위치부 후단인 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)를 포함한다.

이 외에도 외부 전력을 공급하는 태양전지(117, 127)와 서로 동기화 시키는 static switch(119, 129)의 왼측편에 필터가 더 연결될 수 있다. 또한 외부에서 교류를 공급할 수 있는 압전 소자와 같은 하베스트 소자(117-1, 127-2)를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)를 포함하되, 상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 출력변압기 2차측은 직렬로 연결된다.

따라서 상기 1계 및 2계 전력 생성부의 정류부(114, 124)와 인버터부(116, 126) 출력전압에 비대칭적 편차가 발생했을 때 단순 전압강하만 일어나도록 하여 전력 생성부 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단한다.

또한 상기 1계 전력 생성부에 FAIL이 발생함과 동시에 무정전으로 상기 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)에 동작전압이 투입되고 정상인 상기 2계 전력 생성부의 출력전원이 병렬연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)를 거쳐 FAIL 상태인 상기 1계 전력 생성부의 출력변압기를 여자 시켜 정상적인 출력전압이 연속하여 공급되도록 한다.

상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 출력변압기 출력 측 전압의 범위 또는 인버터 출력전압위상이 일정치 이상으로 차이가 발생하더라도 단순 전압변동현상만이 발생한다.

구체적으로 상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(112, 122)는 각 인버터부 출력전압 등에 비대칭적 편차가 발생했을 때 무순단 절체로 단순 전압강하만 일어나도록 하여 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단할 수 있다. 즉, 상기 1계 전력 생성부(110)와 2계 전력 생성부(120)의 출력변압기 출력 측 전압의 범위 또는 인버터부 출력전압위상이 일정치 이상으로 차이가 발생하더라도 단순 전압변동현상만이 발생한다.

이러한 효과는 종래 발명에서 전혀 만들어 낼 수 없던 효과로서 상기 제3 CT(84, 84')로부터 전송된 입력 측 전압이 불측의 원인으로 순간적으로 상승 되어 제1계 또는 제2계 전력 생성부가 FAIL을 일으키거나 정류부(114, 124)와 인버터부(116, 126) 등을 손상시키는 역 투입된 순환전류현상에 대응할 수 없거나, 상호간 출력전압위상 차이가 커질수록 비례적으로 커지는 과부하 전류현상을 방지한다.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 인식 모듈
20, 21, 22 : 카메라
30 : 알람 모듈
40 : 변압기 구조체
50 : 제어부
60 : 통합감시부
71 : RFID 카드
72 : RFID 리더
75 : 모니터
76 : 실시간 철도안전 통합감시제어 시스템
81 : 제1 레일
82 : 제2 레일
83 : 제1 CT
84 : 제3 CT
85 : 제2 CT
86 : 절체 스위치
87, 88 : 커플링 유니트통합감시부
501, 503 : 레일 카메라
502, 504 : 전선

Claims

열차가 곡선로 레일 체결 장치의 체결력이 일정치 이하로 약화된 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 체결력을 촬영 이미지를 통해 검사하는 체결력 검사 센서;
상기 열차가 레일의 들뜸 간격이 일정치 이상인 상태에서 운행하지 못하도록 실시간 들뜸 간격을 촬영 이미지를 통해 검사하는 레일 들뜸 검사 센서;
상기 레일의 하측부에 설치되는 레일받침 평판의 존재 여부를 촬영 이미지를 통해 검사하는 레일받침 평판 검사 센서;
상기 레일에 침목이 사용된 경우 촬영 이미지를 통해 상기 침목의 노후 및 부식을 검사할 수 있는 노후 및 부식 검사 센서; 및
상기 침목의 고정 못의 위치와 체결 상태를 촬영 이미지를 통해 검사하는 고정 못 검사 센서;로 구성된 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법에 있어,
제어부가 상기 체결력 검사 센서, 레일 들뜸 검사 센서, 및 레일받침 평판 검사 센서를 통해 이전 열차가 지나간 후 생성된 영상과 현재 열차가 지나가기 전 촬영한 영상을 비교하여 레일의 체결력과 들뜸 간격과 레일받침 평판의 존재 여부를 검사하는 단계;
상기 제어부가 상기 노후 및 부식 검사 센서와 고정 못 검사 센서를 통해 이전 열차가 지나간 후 생성된 영상과 현재 열차가 지나가기 전 촬영한 영상을 비교하여 상기 침목의 노후 및 부식과 고정 못의 위치와 체결 상태를 검사하는 단계;
상기 제어부가 상기 레일의 체결력과 들뜸 간격과 레일받침 평판의 존재 여부를 검사하는 단계와 상기 침목의 노후 및 부식과 고정 못의 위치와 체결 상태를 검사하는 단계에서 문제가 발생하였는 지를 확인하는 단계;
상기 제어부가 상기 문제의 상태를 제1 작업자 단말기에 전달하는 단계;
상기 제어부가 상기 제1 작업자의 단말기에 유지 보수 설명을 표시하는 단계;
상기 제어부가 상기 체결력 검사 센서, 레일 들뜸 검사 센서, 레일받침 평판 검사 센서, 노후 및 부식 검사 센서, 및 고정 못 검사 센서를 통해 상기 문제가 해결되었는지 다시 확인하는 단계;
상기 제어부가 상기 문제가 해결되지 않았다면 제2 작업자 단말기에 문제를 전달하고 상기 제2 작업자의 단말기에 상기 유지 보수 설명을 표시하는 단계;
상기 제어부가 상기 문제가 외부 기관의 협력을 얻어야 하는 유형에 포함된 경우 외부 기관 작업자 단말기에 문제를 전달하고 상기 외부 기관 작업자의 단말기에 상기 유지 보수 설명을 표시하는 단계;를 포함하되,
상기 제어부가 반복적으로 복합 결함 요인에 의해 발생하는 사고를 예방하기 위해 분야별 사고사례를 분석한 후 통계화하여 상기 레일의 체결력 검사 센서, 레일 들뜸 검사 센서, 레일받침 평판 검사 센서, 노후 및 부식 검사 센서, 및 고정 못 검사 센서 중 하나 이상을 선정하여 상기 작업자 단말기들에 전달하고,
상기 제어부를 통해 열차 화재를 포함하는 1인 기관사가 처리할 수 없는 사고인 경우 다음역의 모니터에 도움 요청을 하고, 추가되는 작업자의 단말기에는 철도 사고에 경험이 없더라도 유지 보수 설명대로 대응할 수 있도록 유지 보수 설명을 각각 공유하여 2차 사고를 예방할 수 있는 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 열차의 주행 중에 차륜과 궤도의 침목과 자갈 사이에서 발생하는 초음파 신호를 측정하는 마찰력 감지 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레일의 안쪽 내부 영역에 설치되며 레일의 측면에 형성된 관통홀에 볼트로 결합되는 상기 복수의 검사 센서들과 전기적으로 연결된 센서 회로부를 통해 센싱 정보를 수집하여 분석하는 것을 특징으로 하는 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 레일 체결 장치의 최초 결합 이미지와 시간이 흐름에 따라 촬영된 이미지를 비교하여 체결력 약화를 감지하는 것을 특징으로 하는 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법.
제3항에 있어서,
상기 마찰력 감지 센서에서 전달받은 정보를 통해 초음파 신호의 주기성을 검출하고, 차륜이 손상됐을 때 나타나는 특정 주기성이 발견될 경우 관련 정보를 분석하는 것을 특징으로 하는 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 작업자와 제2 작업자는 고유 번호를 포함하는 RFID 리더를 통해 인증 받은 작업자만이 포함되는 것을 특징으로 하는 궤도회로 안전 점검장치를 이용한 점검 방법.