전차선과 팬터그래프는 물리적인 접촉을 통하여 전동차에 전력을 공급하는 장치로, 전동차가 안전하게 운행할 수 있도록 기술적인 규정에 따라 정밀하게 시공되어야 한다. 전차선의 편위 및 높이는 여러 가지 외부 환경요소에 의하여 상태가 변화하며, 허용치를 초과한 진차선의 편위 및 높이는 높은 아크와 순간적인 전기 단전을 유발한다. 이는 팬터그래프와 전차선에 큰 손상을 주며 고장과 사고의 원인이 된다. 따라서 주기적으로 전차선의 상태를 점검하여 유지 및 보수를 할 수 있는 측정 장치의 요구가 증대되고 있다. 본 논문에서는 전차선의 높이 및 편위 검측 시스템에 관하여 기술하였다. 검측 시스템은 Acuity사의 AR4000레이저 거리측정기와 AccuRange 라인 스캐너를 사용하여 전차선 높이 및 편위를 측정한다.
전차선과 팬터그래프는 물리적인 접촉을 통하여 전동차에 전력을 공급하는 장치로, 전동차가 안전하게 운행할 수 있도록 기술적인 규정에 따라 정밀하게 시공되어야 한다. 전차선의 편위 및 높이는 여러 가지 외부 환경요소에 의하여 상태가 변화하며, 허용치를 초과한 진차선의 편위 및 높이는 높은 아크와 순간적인 전기 단전을 유발한다. 이는 팬터그래프와 전차선에 큰 손상을 주며 고장과 사고의 원인이 된다. 따라서 주기적으로 전차선의 상태를 점검하여 유지 및 보수를 할 수 있는 측정 장치의 요구가 증대되고 있다. 본 논문에서는 전차선의 높이 및 편위 검측 시스템에 관하여 기술하였다. 검측 시스템은 Acuity사의 AR4000레이저 거리측정기와 AccuRange 라인 스캐너를 사용하여 전차선 높이 및 편위를 측정한다.
Catenary and Pantograph are used to transmit electrical energy to electric railways. Catenary (Overhead Contact Lines) should be installed precisely and managed for stable train operations. But external factors such as weather, temperature, etc., or aging affect catenary geometry. Changed catenary s...
Catenary and Pantograph are used to transmit electrical energy to electric railways. Catenary (Overhead Contact Lines) should be installed precisely and managed for stable train operations. But external factors such as weather, temperature, etc., or aging affect catenary geometry. Changed catenary stagger and height cause high voltage spark or instant electric contact loss. Big spark derived from contact loss can damage the pantograph carbon strip and overhead contact lines that might interrupt the train operations. Therefore, to prevent a big scale spark or electric contact loss, catenary maintenance are required catenary geometry measurement systems with catenary maintenance capability. In this paper, we describe the development of catenary height and stagger measurement system. The catenary height and stagger measurement system uses Acuity company's AR4000 Laser Range Finder for distance measurement and AccuRange Line Scanner for degree measurement. This system detects suspicious overhead line sections with excessive stagger and height stagger variance.
Catenary and Pantograph are used to transmit electrical energy to electric railways. Catenary (Overhead Contact Lines) should be installed precisely and managed for stable train operations. But external factors such as weather, temperature, etc., or aging affect catenary geometry. Changed catenary stagger and height cause high voltage spark or instant electric contact loss. Big spark derived from contact loss can damage the pantograph carbon strip and overhead contact lines that might interrupt the train operations. Therefore, to prevent a big scale spark or electric contact loss, catenary maintenance are required catenary geometry measurement systems with catenary maintenance capability. In this paper, we describe the development of catenary height and stagger measurement system. The catenary height and stagger measurement system uses Acuity company's AR4000 Laser Range Finder for distance measurement and AccuRange Line Scanner for degree measurement. This system detects suspicious overhead line sections with excessive stagger and height stagger variance.
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문제 정의
초음파 방식의 경우 온도 등 외부 환경과 정밀도에, 머신비젼을 이용한 방식은 고해상도카메라 등 높은 제조 단가와 측정 장치의 정밀도에 각각 단점을 가진다[3]. 따라서 본 논문에서는 상대적으로 높은 정밀도를 가지면서 제어하기가 쉬운 레이저 스캐너를 이용하여 편위 및 높이 측정 시스템을 구현하였다. 레이저 스캐너는 크게 거리를 측정하는 거리 측정기와 각도를 검출하는 라인 스캐너로 나뉜다.
따라 오차가 발생한다. 따라서 이를 보정함으로써 더욱 정교한 편위 및 높이를 얻을 수 있는 연구를 진행 중이다.
본 논문에서는 레이저를 이용한 비접촉식 전차선 편위 및 높이 측정 시스템 개발에 관하여 기술하였다. 거리와 각도측정을 위하여 Acuity사의 AR4000 레이저 거리 측정기와 AccuRange 라인 스캐너를 사용하였고, 별도의 측정 보드를 개발하였다.
그 오차는 주로 검측 자에 따른 오차, 편위자 흔들림에 의한 오차, 움직이는 차량과의 조건에서 발생하는 오차 등이다[1]. 본 논문에서는 이러한 수작업 시 발생하는 오차를 줄이고, 차량을 이용하여 전차선의 편위 및 높이를 자동으로 측정하는 전차선 높이 및 편위 측정 시스템 개발에 관하여 기술하고 있다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
본 연구는 BK21 사업단의 지원을 받았으며, 한국철도학회 2008 춘계 학술대회에 발표 된 내용点 [8] 추천을 받아 이에 수정 , 보완하여 학회 논문에 제줄함.
제안 방법
6은 구현된 전차선 편위 및 높이 측정 시스템의 전체 구조를 나타낸다.AR4000 레인지 파인더에서 나오는 PWM 신호의 시간 값을 계산하고 AccuRange 라인 스캐너의 각도 펄스를 카운트하기 위해서는 별도의 측정 보드가 필요하며, 본 연구에서는 ATmegal28 MCU를 사용하여 구현하였다. 측정 보드는 편위와 높이 외에 잡음 제거 및 데이터 신뢰성을 보장하기 위하여 레이저빔의 반사강도 (Intensity)까지 측정한다.
측정 시스템 개발에 관하여 기술하였다. 거리와 각도측정을 위하여 Acuity사의 AR4000 레이저 거리 측정기와 AccuRange 라인 스캐너를 사용하였고, 별도의 측정 보드를 개발하였다. 개발된 편위 및 높이 측정 시스템은 0.
AR4000 레인지 파인더에서 나오는 PWM 신호의 시간 값을 계산하고 AccuRange 라인 스캐너의 각도 펄스를 카운트하기 위해서는 별도의 측정 보드가 필요하며, 본 연구에서는 ATmegal28 MCU를 사용하여 구현하였다. 측정 보드는 편위와 높이 외에 잡음 제거 및 데이터 신뢰성을 보장하기 위하여 레이저빔의 반사강도 (Intensity)까지 측정한다. 측정된 데이터는 USB 인터페이스를 통하여 분석용 PC와 연결되며, 텍스트와 그래프 형태로 저장된다.
대상 데이터
구현된 편위 및 높이 측정 시스템의 RFsgple는 50K 이며 LSrps는 10 RPS, 전차선의 지름은#) 12mm이다. 전차선의 거리 측정 범위가 설치위치 (3400mm)로부터 1100 mm~2600mm이기 때문에 이를 식 (5)와 (6)에 대입시키면 원거리(최소) 3개부터 근거리(최대) 9개까지 히트 카운트가 산출된다.
따라서 이 흘의 개수에 따라 해상도가 결정된다. 본 논문에서 사용된 라인 스캐너는 1024개의 홀을 가지며, 방향을 나타내기 위하여 90#의위상차를 갖는 두 개의 회전판을 사용하였다. 또한 해상도를 높이기 위하여 rising edge 와 falling edge 모두를 검출하여 최대 # 의 해상도를 나타낼 수 있다.
본 논문에서는 구현을 위하여 Acuity사의 레이저 스캐너를 사용하였다. Acuity사의 레이저 스캐너는 AR4000 거리 측정기와 AccuRange 라인 스캐너가 하나로 통합된 모듈이다.
실험을 위하여 Fig. 7과 깉한국철도시설공단 시설보수 차량인 모터카 PMIL-401 호에 탑재하였다.측정 시스템은 모터카 지붕의 정 중앙에 설치되며 유선으로 차량 내부에 있는 측정용 컴퓨터와 연결된다.
이론/모형
본 논문에서 사용한 거리 측정기는 TOF(Time of flight) 방식으로 Fig. 2와 같이 방출된 적외선 레이저빔이 대상물체에 반사되어 돌아오는 이동시간(travel time)으로부터 거리를 역산하여 대상점 좌표를 인지한다[4].
전차선의 좌표각을 얻는 라인 스캐너는 1 ', 같이」L 속으로 회전하는 반사경을 이용하여 방줄각을 조절하여 측정하는 라인스캔(line scan)방식을 사용하였다.
성능/효과
전차선의 거리 측정 범위가 설치위치 (3400mm)로부터 1100 mm~2600mm이기 때문에 이를 식 (5)와 (6)에 대입시키면 원거리(최소) 3개부터 근거리(최대) 9개까지 히트 카운트가 산출된다. 따라서 구현된 시스템의 레이저빔이 빗맞은 경우 없이 측정 가능함을 이론적으로 검증할 수 있다.
9는 측정 화면을 보여준다.측정결과0.18°(50K/2048)의 해상도마다 2~3개의 거리 데이터가 획득되었으며, 히트 카운트(HC)는 평균 4~5개가 검출되었다. 왕복 측정 시 반복 정밀도는 평균 0.
참고문헌 (8)
코레일(2003), '철도 전기시설안내', 코레일
안영훈, 현충일 (2004). '전철화된 호남선에서의 전기차량에 의한 전차선로 측정 및 평가,' 한국철도학회 학술발표대회논문집, 2004. June, pp. 60-65
김선기 외 6명(2006), '스테레오비전을 이요한 전차선 높이 및 편위 정밀 측정', 한국정밀공학논문집, 제 23권 10호, pp. 14.21
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