[논문]레이저레이더 센서를 이용한 철도 건널목 지장물 검지 알고리즘 개발

김영준; 백종현; 최규형

doi:10.5370/kiee.2013.62.12.1813

레이저레이더 센서를 이용한 철도 건널목 지장물 검지 알고리즘 개발
Algorithm Development of Level Crossing Obstacle Detection using Laser Radar Sensor 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.12, 2013년, pp.1813 - 1819

김영준 (Korea Rail Network Authority) , 백종현 (Korea Railroad Research Institute) , 최규형 (Seoul National University of Science & Technology)

Abstract ▼ AI-Helper

Existing level crossing obstacle detecting system was installed using a laser beam. Level crossing obstacle detecting system using a laser beam that has been a problem in relation to safety and maintainability failure according to weather conditions. We proposed laser radar level crossing obstacle detecting system as a way to overcome problem, and we developed an algorithm for this. Level crossing obstacle detecting system using a laser radar sensor algorithm is robust to external environment and a shadow zone does not exist. Sensor part of the laser radar level crossing obstacle detecting system of these is made up by the image processing unit and laser radar sensor, it operations by receiving train entering information from the control unit. In this paper, we proposed a detecting algorithm with calculation of the size of the laser radar sensor. Based on this, we were performance test on the basis of the scenario by making a prototype. In the future, laser radar level crossing obstacle detecting system to ensure the safety and reliability through the field test.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

국내의 철도 건널목 사고는 이런 실정을 반영하듯 이에 대한 인명, 재산에 대한 복구비용이 꾸준히 증가하고 있는 상황이다[1-5]. 따라서 철도 건널목 구간의 철도 사고 예방을 위해 외부환경에 강인하며 음영지역이 없는 건널목 지장물 검지장치의 개발이 필요함에 따라 레이저레이더를 이용한 건널목 지장물 검지 센서 알고리즘을 개발하였다. 이러한 알고리즘은 지장물의 크기 산출 및 레이저레이더 센서 검지 영역을 설정하여 지장물을 검지하는 방법이다.
본 논문에서는 레이저레이더 센서를 이용한 건널목 지장물 검지장치 알고리즘을 개발하여 크기산출 원리와 검지영역 설정방법에 대해 제시하였다. 또한 센서부의 알고리즘과 제어부와의 인터페이스를 통한 자체 시험을 수행하여 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치의 동작 상태를 점검하였다.

제안 방법

6과 같은 절차로 수행된다. 건널목 제어장치의 열차 검지정보를 통해 경보 개시 여부를 검지한다. 경보 개시가 이루어지지 않을 경우 제어부는 Idle 모드로 동작하며 이 경우 레이저레이더 센서부는 동작하지 않는다.
본 논문에서는 레이저레이더 센서를 이용한 건널목 지장물 검지장치 알고리즘을 개발하여 크기산출 원리와 검지영역 설정방법에 대해 제시하였다. 또한 센서부의 알고리즘과 제어부와의 인터페이스를 통한 자체 시험을 수행하여 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치의 동작 상태를 점검하였다. 이를 토대로 향후 현장 설치를 통해 검증을 진행할 계획이다.
4와 같이 열차가 건널목에 접근하여 경보개시 구간에 진입하면 건널목 제어 계전기가 낙하되고, 이 조건을 입력모듈에서 입력 받아 열차 접근 상태를 인식한다. 열차 접근 상태 이후에 위험지역에 장애물 검지시, 기존 건널목 제어 장치의 지장물 검지장치로 입력되는 OR 계전기 조건을 차단한다. 기존 지장물 검지부 모듈에서 OR 조건의 차단으로 지장물 검지장치 제어회로에서 지장 경고등을 동작시켜 열차에 경보한다.
이를 토대로 향후 현장 설치를 통해 검증을 진행할 계획이다. 현장 시험은 각 시나리오에 의한 건널목 상황에 따른 지장물 검지장치의 동작 상태를 확인하는 것으로 이루어지며, 시험 시나리오는 열차 접근 정보 인식, 열차 접근 시 차단기 작동확인, 건널목 내 지장물 검지시 지장물 경보등 현시, 지장물 방향에 따른 출구측 차단간 제어로 구성하였다. 그리고 레이저레이더 건널목 지장물 검지 방법은 터널 구간, 과선교 구간, 플랫폼 구간 등에서 활용이 가능할 것으로 예상된다.

후속연구

현장 시험은 각 시나리오에 의한 건널목 상황에 따른 지장물 검지장치의 동작 상태를 확인하는 것으로 이루어지며, 시험 시나리오는 열차 접근 정보 인식, 열차 접근 시 차단기 작동확인, 건널목 내 지장물 검지시 지장물 경보등 현시, 지장물 방향에 따른 출구측 차단간 제어로 구성하였다. 그리고 레이저레이더 건널목 지장물 검지 방법은 터널 구간, 과선교 구간, 플랫폼 구간 등에서 활용이 가능할 것으로 예상된다. 따라서 이와 같은 구간들에 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치를 설치할 경우 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 기상 변화에 따른 시스템 오류를 감소할 수 있다.
레이저레이더 센서 알고리즘을 이용한 지장물 검지 방법은 터널 구간, 과선교 구간, 플랫폼 구간 등에서 다양하게 활용될 수 있다. 또한 본 논문에서 사용된 알고리즘으로 설계된 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치의 수요는 국내 철도의 건널목 장치 설치 현황에 따라 요구될 전망이며, 전국에 설치된 철도 건널목의 노후화에 따라 수요는 점차 늘어날 것으로 예상된다[6].
따라서 이와 같은 구간들에 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치를 설치할 경우 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 기상 변화에 따른 시스템 오류를 감소할 수 있다. 또한 사고 발생 감소 및 승객 안전성 확보, 고객서비스 상승 등과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이라 판단된다.
또한 센서부의 알고리즘과 제어부와의 인터페이스를 통한 자체 시험을 수행하여 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치의 동작 상태를 점검하였다. 이를 토대로 향후 현장 설치를 통해 검증을 진행할 계획이다. 현장 시험은 각 시나리오에 의한 건널목 상황에 따른 지장물 검지장치의 동작 상태를 확인하는 것으로 이루어지며, 시험 시나리오는 열차 접근 정보 인식, 열차 접근 시 차단기 작동확인, 건널목 내 지장물 검지시 지장물 경보등 현시, 지장물 방향에 따른 출구측 차단간 제어로 구성하였다.
또한 유지 보수용 컴퓨터를 통해 동작 상태 전송 및 영상 저장이 가능하다. 향후 철도전용 무선통신망 구축 시 무선인터페이스를 통하여 차상으로 지장물 검지 유무를 전송할 수 있을 것이다. 다음의 Fig.

참고문헌 (8)

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Bong-Kwan Cho, Hyeon-Chyeol Hwang, Hong-Sik Cho, Ho-Yong Lee, An-Ho Lee, Sang-Hwan Ryu, Ho-Jin Choi, "Design of level crossing VMS(Variable Messege Signs) system", Summer Conference of the Korean Society for Railway, pp. 1183-1184, May, 2009.
Sang-Log Kwak. Chan-Woo Park, Jong-Bae Wang, Yun-Ok Cho, "A study on the utilization of Railway Accident Data", Spring Conference of the Korean Society for Railway, pp. 571-575, May, 2012.
Gon-Yop Kim, Jong-Hyen Baek, Hyun-Jung Jo, Kang-Mi Lee, Jae-Ho Lee, "Design and Development of Laser Radar based Monitoring System for Railroad Level crossings", Bio-medical systems conference of the Korean Institute of Electrical Engineers, 2012.
Korea railroad research institute, "Development of ICT-based Technologies for safety and Efficiency of Railway Operation report 2 year", 2012.
Gon-Yop Kim, Jong-Hyen Baek, Yong-Soo Song, Yong-Kyu Kim, "Design of Obstacle Detection System using laser Radar for Railroad Level Crossings", winter conference of the Korea Institute of Communication and Information Sciences, Vol. 50, pp. 148-149, 2013.
Jong-Hyen Baek, Gon-Yop Kim, Yong-Soo Song, Seh-Chan Oh, Yong-Kyu Kim, Eun-Kyung Chae, "Laser Radar-Based Railroad Crossing Detection Device Developed for Crossing Security Device Integration", Journal of the Korea Institute of Communication and Information Sciences, No. 38, Vol. 5, pp. 471-478, 2013.

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