[논문]전기철도 집전장치의 아크량에 따른 비디오 이미지 분석

박영; 이기원; 박철민; 김재광; 전아람; 권삼영; 조용현

doi:10.5370/kiee.2013.62.9.1343

전기철도 집전장치의 아크량에 따른 비디오 이미지 분석
Video Image Analysis in Accordance with Power Density of Arcing for Current Collection System in Electric Railway 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.9, 2013년, pp.1343 - 1347

박영 (High-speed Railroad Infrastructure Systems Research Team, KRRI) , 이기원 (High-speed Railroad Infrastructure Systems Research Team, KRRI) , 박철민 (High-speed Railroad Infrastructure Systems Research Team, KRRI) , 김재광 (High-speed Railroad Infrastructure Systems Research Team, KRRI) , 전아람 (High-speed Railroad Infrastructure Systems Research Team, KRRI) , 권삼영 (High-speed Railroad Infrastructure Systems Research Team, KRRI) , 조용현 (Metropolitan Transportation Research Center, KRRI)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents an analysis methods for current collection quality in catenary system by means of video image based monitoring system. Arcing is the sparking at the interface point between pantograph and contact wire when the electric trains have traction current values at speed. Percentage of arcing at maximum line speed is measurable parameters for compliance with the requirements on dynamic behaviour of the interface between pantograph and contact wire in accordance with requirement of IEC and EN standards. The arc detector and video is installed on a train aim at the trailing contact strip according to the travel direction. The arc detector presented and measured verity of value such as the duration and power density of each arc and the video image is measured a image when the arc is occurred in pantograph. In this paper we analysis of video image in accordance with power density of arcing from arc detector and compared with video image and power density of arcing so as to produce quality of arcing from image.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러나 검측 시스템이 고가이며 사용이 어렵기 때문에 현재 비디오를 이용하여 육안으로 확인하는 시스템이 철도 전반에 사용되고 있다. 본 논문에서는 비디오 이미지를 이용한 전차선과 팬터그래프 간 이선시 발생되는 아크의 밀도를 분석하였다. 전차선과 팬터그래프 간 이선아크의 밀도는 비디오 이미지와의 비교를 위해 아크 검출기를 이용하여 측정하였다.
아크의 밀도는 빛의 크기에 따라 표현되어 단위는 μW/cm²이다. 본 논문에서는 아크 센서는 표준화된 물리량 측정 센서가 아니므로 신뢰성 있는 아크량 분석을 위해 아크량의 밀도를 나타내도록 교정하였으며 검증시험 방법은 논문에 보고된바 있다[7]. 아크 검출기의 물리량 교정을 위해 자외선 영역에서 교정된 램프를 사용하여 시간에 광량 오차를 최소화 하였다.
전라선 이선아크 검측 시험 이미지 분석 결과 이선아크는 밀도가 커질수록 발생 시간도 높아졌으며 비디오 이미지의 아크 발생 범위도 커졌다. 본 논문에서는 아크의 밀도를 비디오 이미지를 이용한 팬터그래프와 전차선간의 거리에 따른 아크 발생 밀도 측정법을 제안하였다. 집전상태 비디오 모니터링은 설치가 쉽고 정밀한 교정이 필요하지 않아 현재 팬터그래프와 전차선간 모니터링에 광범위하게 활용되고 있다.
본 논문에서는 전라선 아크 발생 결과를 비디오 이미지와 비교하였으나 향후 아크 발생에 따른 비디오 이미지의 화소수를 이미지를 처리하여 이를 수치화 한다면 자동화된 방법으로 비디오 이미지를 이용하여 아크 발생 밀도와 시간 획득이 가능하리라 사료된다. 또한 통계적인 데이터 획득을 위해 다양한 구간에서의 시험이 필요하겠다.
본 논문에서는 전차선과 팬터그래프 간 비접촉에 따라 발생되는 아크의 밀도를 분석하여 아크의 크기에 따라 발생하는 이미지를 분석하는 것이다. 아크의 밀도는 빛의 크기에 따라 표현되어 단위는 μW/cm²이다.
그러나 현재 이선아크 검측 시스템과 센서 이외에 아크 밀도를 측정하는 단순화된 방법은 보고된바 없다. 본 논문에서는 전차선과 팬터그래프 간 이선시 발생되는 아크의 비디오 이미지를 분석하였다. 또한 아크 발생시의 비디오 이미지를 이용하여 아크 밀도와 비디오 이미지와의 비교를 통해 아크의 크기에 따라 발생하는 이미지를 순차적으로 분석하였다.

제안 방법

팬터그래프와 전차선간 아크는 25 kV의 전압으로 집전에따라 발생되며 이때 전류값은 1000 A 정도의 범위를 갖는다. 따라서 실제 전압과 전류를 모의시험장치를 이용하여 나타내기는 어렵기 때문에 본 논문에서는 현장시험 결과를 선로 조건에 따라 분석하였다. 표 2에 전라선 KTX 산천 운행에 따른 측정결과를 나타내었다.
아크 검출기의 물리량 교정을 위해 자외선 영역에서 교정된 램프를 사용하여 시간에 광량 오차를 최소화 하였다. 또한 교정 램프와 아크센서 간 거리를 정확하게 측정하기 위해 레일식의 가드를 사용하여 정밀도를 향상시켰다. 광밀도 측정은 표준 광램프와 아크 센서와의 거리 및 광량 측정계와의 거리를 각각 측정하여 식 2에 따라 계산하여 표 1에 정리하였다.
본 논문에서는 전차선과 팬터그래프 간 이선시 발생되는 아크의 비디오 이미지를 분석하였다. 또한 아크 발생시의 비디오 이미지를 이용하여 아크 밀도와 비디오 이미지와의 비교를 통해 아크의 크기에 따라 발생하는 이미지를 순차적으로 분석하였다. 이를 위해 전라선의 아크량에 따른 다양한 현장시험결과를 분석하여 아크의 크기와 시간과의 관계 및 아크의 크기에 따른 비디오 이미지를 각각 분석하여 나타냈다.
아크 센서의 출력은 전압(V)으로 나타나므로 전압과 광량 측정기의 광밀도값(μW/cm²)을 비교하여 아크 센서의 전압 출력값이 광밀도 값으로 나타내도록 식 2에 따라 비교식을 구하였다. 식 2의 비교식에 따라 획득한 결과는 모니터링 프로그램에 수식화 하여 이선아크 센서가 광밀도를 나타내도록 교정하였다.
본 논문에서는 아크 센서는 표준화된 물리량 측정 센서가 아니므로 신뢰성 있는 아크량 분석을 위해 아크량의 밀도를 나타내도록 교정하였으며 검증시험 방법은 논문에 보고된바 있다[7]. 아크 검출기의 물리량 교정을 위해 자외선 영역에서 교정된 램프를 사용하여 시간에 광량 오차를 최소화 하였다. 또한 교정 램프와 아크센서 간 거리를 정확하게 측정하기 위해 레일식의 가드를 사용하여 정밀도를 향상시켰다.
식 1과 같이 이선율은 측정시간과 아크 발생시간의 백분율로 이때 집전 전류가 30% 이상 시를 측정시간으로 하여 실제 운행 조건에 따른 이선율을 수치적으로 나타내도록 하고 있다. 아크 발생시간은 양호한 집전 중에도 이물질, 서리, 기상상황에 따라 아크가 발생되므로 5ms 이상의 값만을 아크 발생 시간에 포함되어 이선율 값에 적용되도록 하였다. 특히 아크의 발생 파장이 220nm ∼225nm 의 파장값이 중심값이 되도록 하여 구리 또는 구리 합금에서 발생하는 아크의 최대 파장값이 측정되도록 제안된다[3].
아크 센서의 출력은 전압(V)으로 나타나므로 전압과 광량 측정기의 광밀도값(μW/cm2)을 비교하여 아크 센서의 전압 출력값이 광밀도 값으로 나타내도록 식 2에 따라 비교식을 구하였다.
또한 아크 발생시의 비디오 이미지를 이용하여 아크 밀도와 비디오 이미지와의 비교를 통해 아크의 크기에 따라 발생하는 이미지를 순차적으로 분석하였다. 이를 위해 전라선의 아크량에 따른 다양한 현장시험결과를 분석하여 아크의 크기와 시간과의 관계 및 아크의 크기에 따른 비디오 이미지를 각각 분석하여 나타냈다. 본 논문에서 보고된 아크의 크기, 시간 및 비디오 간 분석결과는 아크의 발생에 따른 전차선 영향평가 및 이선율 판단기준 등 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
본 논문에서는 비디오 이미지를 이용한 전차선과 팬터그래프 간 이선시 발생되는 아크의 밀도를 분석하였다. 전차선과 팬터그래프 간 이선아크의 밀도는 비디오 이미지와의 비교를 위해 아크 검출기를 이용하여 측정하였다. 전라선 이선아크 검측 시험 이미지 분석 결과 이선아크는 밀도가 커질수록 발생 시간도 높아졌으며 비디오 이미지의 아크 발생 범위도 커졌다.

성능/효과

전기철도는 속도가 빠르고 전차선과 팬터그래프간 접촉 상태가 나빠져 이선 시간이 길어질 경우가 있다. 이선 시간과 비디오 이미지 결과에서도 이선 시간이 길어지면서 비디오 이미지의 아크 크기가 크게 나타는 것을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안한 아크 발생 이미지에 따른 아크 밀도와 아크 발생시간을 집전상태 비디오 모니터링 결과와 각각 비교하여 식 2을 이용하여 교정한 이후에 비교가 가능하다.
비디오 모니터링 장치는 디지털 카메라를 이용하였으며 25 frame에 122*222 의 해상도를 갖고 있다. 이선아크는 수 ms의 짧은 시간에 나타나므로 본 논문에서 사용한 비디오 모니터링 장치를 이용하여 발생 시간의 측정은 불가능하다. 그러나 아크는 열, 빛 및 소리로 전파되므로 아크의 파장이 자외선 영역에서는 공중에 분산되므로 비디오 이미지를 이용하여 측정하는 것이 가능하다.
전차선과 팬터그래프 간 이선아크의 밀도는 비디오 이미지와의 비교를 위해 아크 검출기를 이용하여 측정하였다. 전라선 이선아크 검측 시험 이미지 분석 결과 이선아크는 밀도가 커질수록 발생 시간도 높아졌으며 비디오 이미지의 아크 발생 범위도 커졌다. 본 논문에서는 아크의 밀도를 비디오 이미지를 이용한 팬터그래프와 전차선간의 거리에 따른 아크 발생 밀도 측정법을 제안하였다.

후속연구

향후 아크 발생에 따른 비디오 이미지의 화소 수를 이미지 프로세싱하여 이를 수치화 한다면 자동화된 방법으로 비디오 이미지를 이용하여 아크 발생 밀도와 시간 획득이 가능하리라 사료된다. 또한 본 논문에서 제안한 아크의 크기, 시간 및 비디오 간 분석결과는 아크의 발생에 따른 전차선 영향평가 및 이선율 판단기준 등 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
이를 위해 전라선의 아크량에 따른 다양한 현장시험결과를 분석하여 아크의 크기와 시간과의 관계 및 아크의 크기에 따른 비디오 이미지를 각각 분석하여 나타냈다. 본 논문에서 보고된 아크의 크기, 시간 및 비디오 간 분석결과는 아크의 발생에 따른 전차선 영향평가 및 이선율 판단기준 등 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
그러나 아크 발생 유무를 판단할 뿐 아크 발생 시간과 밀도등 구체적인 결과 판단이 어렵다. 본 논문에서 제안한 표를 이용하여 아크 발생시의 이미지를 비교하면 팬터그래프와 전차선간 발생 아크와 밀도 값을 구체적으로 알 수 있으리라 사료된다.
집전상태 비디오 모니터링은 설치가 쉽고 정밀한 교정이 필요하지 않아 현재 팬터그래프와 전차선간 모니터링에 광범위하게 활용되고 있다. 향후 아크 발생에 따른 비디오 이미지의 화소 수를 이미지 프로세싱하여 이를 수치화 한다면 자동화된 방법으로 비디오 이미지를 이용하여 아크 발생 밀도와 시간 획득이 가능하리라 사료된다. 또한 본 논문에서 제안한 아크의 크기, 시간 및 비디오 간 분석결과는 아크의 발생에 따른 전차선 영향평가 및 이선율 판단기준 등 다양하게 활용될 것으로 기대된다.

참고문헌 (12)

Y. Park, S. Y. Kwon, J. M. Kim, "Reliability Analysis of Arcing Measurement System Between Pantograph and Contact Wire", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 61, No. 8, pp. 1216-1220, 2012. 08.

원문보기 상세보기
T. Kobayasi, Y. Fujihasi, T. Tsuburaya, J. I. Satoh, Y. Oura, Y, Fujii, "Current collecting performance of overhead contact line-pantograph system at 425 km/h", Electrical Engineering in Japan, Vol. 124, Issue 3, pp. 73-81, 1998. 08.

상세보기
EN 50317:2001, "The European Standard, Railway applications-Current collection systems- Requirements for and validation of measurements of the dynamic interaction between pantograph and overhead contact line", 2001.
T. Hayasaka, M. Shimizu, "Study on Mean to Detecting Ultraviolet Rays at Optical Measurement of Contact Loss," 2008 Annual Meeting Record IEE Japan, No.5-098, pp. 156-157 . 2008. 3.
K. Nezu, T. Hayasaka, F. Tanamoto, "Fundamental Examination of UV-Optocal Type Contact Loss Measurement Equipment," 2008 Annual Meeting Record IEE Japan, No.5-098, pp.158-159 , 2008. 3.
IEC 62486:2010, "International Standard, Railway applications-Current collection systems- Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line", 2010.
Y. Park, Y. H. Cho, S. Y. Kwon, K. W. Lee, W. You, "Development of an Arc Detector Assessment System by Loss of Contact Between Pantograph and Contact Wire in Electric Railway", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 60, No. 11, 2011. 11.

원문보기 상세보기
"Development of Interface Technology on Vehicle/ Track and Pantagraph/Catenary for High Speed Train", KRRI research report, 2010.
H. K. Na, Y. Park, Y. H. Cho, K. W. Lee, H. J. Park, S. Y. Oh, J. T. Song, "Characteristic Measurement by a Real-time Data Acquisition System in Overhead Contact Wire", Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, Vol. 20, No. 3, pp. 281-285, 2007. 3.

원문보기 상세보기
S. Y. Oh, Y. Park, Y. H. Cho, K. W. Lee, S. Y. Kwon, H.. C. Kim, J. T. Song, "Measurement techmology analysis for current ratio characteristic assessment of catenary", 2010 Spring Conference of The Korean Society for Railway, pp. 1918-1923, 2010. 7.
Y. Park, Y. H. Cho, H.. C. Kim, S. Y. Kwon, I. C. Kim, W. S. Choi, "The Technology of Measurement System for Contact Wire Uplift", 2009 Spring Conference of The Korean Society for Railway, pp. 900-904, 2009. 5.
Y. Park, Y. H .Cho, K. Lee, H. S. Jung, H. Kim, S. Y. Kwon, H. J. Park, "Development of an FPGA-based Online Condition Monitoring System for Railway Catenary Application", WCRR 2008, I.2.1.1, 2008.

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증