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궤도틀림 진전 예측을 위한 시계열 모델 적용
Application of Time-Series Model to Forecast Track Irregularity Progress 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.25 no.4, 2012년, pp.331 - 338  

정민철 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  김건우 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  김정훈 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  강윤석 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부) ,  공정식 (고려대학교 토목환경공학과)

초록
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현재 국내에서 EM-120에 의해 검측된 틀림 데이터는 매우 불규칙적인 형태를 나타내며 데이터 분석 시 다양한 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 궤도의 효율적인 유지관리를 위해 검측된 틀림데이터의 특징과 문제점을 분석하고, 이를 보완할 수 있는 효율적인 처리 기법을 개발하였으며, 정제된 데이터의 ARIMA 분석을 통해 검측데이터와 계절 변화의 상관관계 분석을 수행하였다. 또한 회귀모형, 지수평활법, ARIMA 모형 등 다양한 예측 모델의 적용을 통해 검측 데이터의 시계열 분석을 수행하고, 궤도 틀림 데이터의 예측 모델에 적합한 최적 모델 선정과 관련한 연구를 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Irregularity data inspected by EM-120, an railway inspection system in Korea includes unavoidable incomplete and erratic information, so it is encountered lots of problem to analyse those data without appropriate pre-data-refining processes. In this research, for the efficient management and mainten...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 궤도 틀림은 시간 종속적 현상으로, 축적된 검측 데이터의 문제점을 파악하여 궤도 성능 분석 적용을 위한 데이터 정제 과정이 선행되어야 하며, 정제된 데이터로부터 궤로의 건전도 평가 방법을 정립하여 궤도의 상태 및 성능을 적절하게 평가하고, 잔존수명을 예측하여 효율적 유지관리를 실현할 수 있는 시계열 모델의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 궤도의 효율적인 유지관리를 위해 검측된 틀림데이터의 특징과 문제점을 분석하고, 이를 보완할 수 있는 효율적인 처리 기법을 개발하였다. 또한 정제된 데이터를 이용하여 회귀모형, 지수평활법, ARIMA(Auto-Regressive Moving Average)모형 등 다양한 예측 모델의 적용을 통해 검측 데이터의 시계열 분석을 수행하고, 궤도 틀림 데이터의 예측 모델에 적합한 최적 모델 선정과 관련한 연구를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지수평활법에서 먼 과거에 해당하는 관측값일수록 어떠한 특징을 보이는가? 데이터가 관측된 시점에 따라서 가중값을 부여하게 되는데 가장 최근 관측값이 가장 큰 관측값을 부여받는다. 먼 과거에 해당하는 관측값일수록 가중값이 작게 된다. 지수평활법의 종류에는 단순지수평활법, 단일 모수 이중지수평활법, Holt-winter’s 이중모수 지수평활법, Holt-winter’s 삼중모수 지수평활법 등이 있으며 본 연구에서는 단순지수평활법과 Holt-winter’s 이중모수 지수평활법을 통해 궤도틀림을 예측하였다.
궤도틀림은 무엇인가? 궤도틀림은 열차가 주행하는 서로 평행한 두 개의 레일이 열차의 반복운행 또는 다른 요인에 의해 상하 또는 좌우로 원래 위치에서 소정의 변위가 발생하는 것을 의미한다. 현 국내 궤도틀림의 관리는 철도의 유지보수를 위해 오스트리아에서 개발된 EM-120을 사용하여 월 1회 25cm 간격으로 좌·우측 면틀림, 좌·우측 줄틀림, 비틀림, 궤간 및 캔트 등 궤도틀림을 검측하고 있으며, 이중 면틀림과 줄틀림은 10m 현 중앙종거법을 사용하여 검측하고 있다.
우리나라는 어떻게 궤도틀림 관리를 하고 있는가? 궤도틀림은 열차가 주행하는 서로 평행한 두 개의 레일이 열차의 반복운행 또는 다른 요인에 의해 상하 또는 좌우로 원래 위치에서 소정의 변위가 발생하는 것을 의미한다. 현 국내 궤도틀림의 관리는 철도의 유지보수를 위해 오스트리아에서 개발된 EM-120을 사용하여 월 1회 25cm 간격으로 좌·우측 면틀림, 좌·우측 줄틀림, 비틀림, 궤간 및 캔트 등 궤도틀림을 검측하고 있으며, 이중 면틀림과 줄틀림은 10m 현 중앙종거법을 사용하여 검측하고 있다. 그림 1은 10m 현 중앙종거법의 측정 원리에 대한 그림이다.
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참고문헌 (14)

  1. 강기동 (2004) 고속철도 궤도검측 자료 분석기법에 관한 연구, 한국철도학회 논문집, 7(4), pp.291-295. 

  2. 고려대학교 (2012) 고속철도 궤도 검측 데이터 고급분석기법 및 장대레일 최적 궤도 관리 시스템 개발, 연구재단 3차년도 연구보고서. 

  3. 구본근, 서사범 (2003) 고속철도 궤도 유지관리 기술의 동향, 대한토목학회지, 51(8), 2003, pp.14-21. 

  4. 김대영, 이성근, 이기우, 우병구, 이성욱, 김기동 (2008) 궤도 유지보수를 위한 틀림진전 예측 및 일정최적화, 한국철도학회 춘계학술대회 논문집, pp.1346-1357. 

  5. 서사범 (2006) 선로공학, 북갤러리, 대한민국, pp.520-522. 

  6. 서사범 (2009) 승차감 향상을 위한 궤도 관리, 대한토목학회지, 57(9), pp.64-69. 

  7. 손기준, 강기동 (2006) 고속철도의 궤도틀림 분석, 대한토목학회 학술발표회 논문집, pp.279-282. 

  8. 이지하 (2008) 선로구축물에 대한 유럽의 LCC연구동향, 한국철도학회 철도저널, 11(2), pp.33-34. 

  9. 한국철도기술연구원 (2006) 궤도유지관리 의사결정 지원시스템 개발, 철도유지보수시스템 기술연구사업 연구보고서. 

  10. Akihito Kawaguchi, Masashi Miwa, Koichiro Terada (2005) Actual Data Analysis of Alignment Irregularity Growth and its Prediction Model, QR of RTRI, 46(4), pp.262-268. 

  11. Shafiullah, G.M., Shawkat Ali, A.B.M., Adam Thompson, Peter J. Wolfs (2010) Predicting Vertical Acceleration of Railway Wagons Using Regression Algorithms, Ieee Transactions on Intelligent Transportation Systems, 11(2), pp.290-299 

  12. Landolt, J., Briner, O. (1998) ECOTRACK Decision- Support System for Permanent way Maintenance and Renewal User Manual, ERRI(European Rail Research Institute). 

  13. Masashi MIWA (2002) Mathematical Programming Model Analysis for the Optimal Track Maintenance Schedule, Quarterly Report of RTRI, 43(3), pp.131-136. 

  14. Renkui Liu, Peng Xu, Futian Wang (2010) Research on a Short-Range Prediction Model for Track Irregularity over Small Track Lengths, Journal of Transportation Engineering, ASCE, pp.1085-1091. 

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