전차선은 철도 전기차량에 전기를 안정적으로 공급하기 위한 시설물로서, 차량이나 외부요인에 의한 전차선의 변형 및 파손을 검지하여 전기철도 시설물 규정에 따라 최적의 상태로 유지해야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 전차선 마킹을 위한 라인레이저와 고속카메라 간에 기하학적 구성을 이용하여 3차선 거리측정방식으로 전차선 높이와 편위를 측정하기 위한 시스템 개발에 관하여 기술하였다. 전차선 거리 측정방법은 이미지 상에 마킹된 전차선 프로파일의 픽셀위치를 삼각함수 기법을 적용하여 카메라와의 전차선간에 각도를 계산하였으며, 카메라는 랜즈 왜곡 및 심도, 원금감 등에 따라 측정대상에 대한 픽셀 해상도가 다르므로 전차선 위치변화에 따른 픽셀당 각도 분해능을 적용하였다. 또한 전차선은 조가선과 급전선등과 같은 다른 전기배선보다 가장 아래에 설비되어 있는 특징을 이용하여 FPGA 상에서 전차선에 마킹된 레이저 프로파일 데이터를 고속으로 추출하여 처리하였다. 개발시스템은 전차선 시설물 평가기준에 따라 전차선 높이, 편위 측정데이터를 실시간 분석하여 이상구간에 대한 실시간 자동화 진단기능을 수행토록 하였다.
전차선은 철도 전기차량에 전기를 안정적으로 공급하기 위한 시설물로서, 차량이나 외부요인에 의한 전차선의 변형 및 파손을 검지하여 전기철도 시설물 규정에 따라 최적의 상태로 유지해야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 전차선 마킹을 위한 라인레이저와 고속카메라 간에 기하학적 구성을 이용하여 3차선 거리측정방식으로 전차선 높이와 편위를 측정하기 위한 시스템 개발에 관하여 기술하였다. 전차선 거리 측정방법은 이미지 상에 마킹된 전차선 프로파일의 픽셀위치를 삼각함수 기법을 적용하여 카메라와의 전차선간에 각도를 계산하였으며, 카메라는 랜즈 왜곡 및 심도, 원금감 등에 따라 측정대상에 대한 픽셀 해상도가 다르므로 전차선 위치변화에 따른 픽셀당 각도 분해능을 적용하였다. 또한 전차선은 조가선과 급전선등과 같은 다른 전기배선보다 가장 아래에 설비되어 있는 특징을 이용하여 FPGA 상에서 전차선에 마킹된 레이저 프로파일 데이터를 고속으로 추출하여 처리하였다. 개발시스템은 전차선 시설물 평가기준에 따라 전차선 높이, 편위 측정데이터를 실시간 분석하여 이상구간에 대한 실시간 자동화 진단기능을 수행토록 하였다.
In this paper, we propose a method that measures the height and stagger of an catenary using the laser profile images. One line laser and area scanner CCD cameras are used. To quickly and accurately extract, from a photographed image, the area of the overhead line on which the line laser is shone, w...
In this paper, we propose a method that measures the height and stagger of an catenary using the laser profile images. One line laser and area scanner CCD cameras are used. To quickly and accurately extract, from a photographed image, the area of the overhead line on which the line laser is shone, we consider the established fact that the catenary is the lowest among the electric wires. Here we are solving the the distance to the catenary if we know the distance the camera is from the ground and the angle of the catenary in the field of view. The angle will be related to the number of pixels in the image. This pixels per degree is a constant for the camera. Also, because of the different pixel resolution of the camera according to the overhead line position, we compensate the measurement result through camera calibration.
In this paper, we propose a method that measures the height and stagger of an catenary using the laser profile images. One line laser and area scanner CCD cameras are used. To quickly and accurately extract, from a photographed image, the area of the overhead line on which the line laser is shone, we consider the established fact that the catenary is the lowest among the electric wires. Here we are solving the the distance to the catenary if we know the distance the camera is from the ground and the angle of the catenary in the field of view. The angle will be related to the number of pixels in the image. This pixels per degree is a constant for the camera. Also, because of the different pixel resolution of the camera according to the overhead line position, we compensate the measurement result through camera calibration.
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문제 정의
본 논문에서는 검측차량 종류에 상관없이 설치 이식성이 우수하고 국내환경에 적합한 전차선 자동화 진단기능을 갖춘 전차선 검측시스템 개발을 목표로 기술하였다.
본 연구에서는 라인레이저와 카메라를 이용한 전차선의 높이와 편위를 측정하기 위한 시스템을 설계 개발하였으며, 국내 환경에 적합한 전차선 평가기준을 적용하여 전차선 측정데이터를 실시간 평가하였다. 또한 전주별로 전차선 측정데이터를 관리함으로서 수집된 전차선 측정데이터의 과거와 현재 상태를 비교 분석하여 장애 및 고장을 예측하기 위한 전차선 자동화진단 기능을 구현하였다.
제안 방법
개발된 전차선 검측시스템의 데이터 수집분석 장치는 실시간으로 검측 데이터를 수집 분석하여 정상, 긴급 또는 위험과 같은 전차선 측정데이터를 분류한다. Table 1.
5의 원본영상은 전차선 표면에 마킹된 라인레이저로서, 레이저 산란현상으로 인해 전차선 프로파일 영상이 고르지 못하다. 따라서 Fig. 4와 같은 모폴로지(Morphology)기법을 적용하여 이진화된 영상에서 잡음제거 및 전차선 모양을 기술하였다.
본 연구에서는 라인레이저와 카메라를 이용한 전차선의 높이와 편위를 측정하기 위한 시스템을 설계 개발하였으며, 국내 환경에 적합한 전차선 평가기준을 적용하여 전차선 측정데이터를 실시간 평가하였다. 또한 전주별로 전차선 측정데이터를 관리함으로서 수집된 전차선 측정데이터의 과거와 현재 상태를 비교 분석하여 장애 및 고장을 예측하기 위한 전차선 자동화진단 기능을 구현하였다.
본 연구에서는 카메라와 레이저를 이용한 삼각측정방식의 전차선 검측시스템을 개발하였으며, 전차선 측정을 위한 영상처리 알고리즘을 FPGA 상에서 구현함으로서 고속 주행 중에 전차선 높이와 편위를 실시간 측정하였다. 또한 측정데이터 분석을 통해 전차선 위험개소를 추출하기 위한 자동화 진단기능을 수행하였다.
본 연구에서는 초당 100 f/s의 영상촬영이 가능한 고속카메라와 1mm 폭의 라인레이저, 태양광 등의 외부광원의 영향을 최소화하기 위해 밴드패스필터를 적용하였으며, Fig. 14과 같이 차탑에 설치할 전차선 영상취득장치를 소형(W:550mm, H:230mm, D:350mm)으로 제작하여 철도전기차량 종류에 상관없이 설치가 가능하도록 이식성을 고려하여 제작하였다.
본 연구에서는 카메라와 레이저를 이용한 삼각측정방식의 전차선 검측시스템을 개발하였으며, 전차선 측정을 위한 영상처리 알고리즘을 FPGA 상에서 구현함으로서 고속 주행 중에 전차선 높이와 편위를 실시간 측정하였다. 또한 측정데이터 분석을 통해 전차선 위험개소를 추출하기 위한 자동화 진단기능을 수행하였다.
연구장비의 실험결과 전차선 높이와 편위 측정 정밀도는 土5mm로서, 본 연구에서는 경춘선구간의 퇴계원부터 상봉까지 전차선 높이와 편위를 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 15와 같다.
카메라에 의한 전차선 높이와 편위 측정은 카메라 랜즈의 왜곡 및 심도, 원근감에 따라 측정거리 차이가 발생하므로 보정해 주어야 한다. 이를 위해 개발된 시스템에서는 전차선 측정 영역별로 거리측정을 위한 픽셀당 각도 변화량을 각각 적용하였으며, Fig. 10은 픽셀 변화에 따라 보정된 전차선 측정 거리값이다.
전차선은 차량집전장치와 접촉하기 위해 조가선과 급전선등과 같은 다른 전기배선보다 가장 아래에 설비되어 있는 특징을 이용하여, 이미지 좌표 상에 Y축 방향으로 스캔하여 가장 큰 좌표값을 가지는 프로파일을 전차선 영역으로 간주하였다.
대상 데이터
데이터 수집/분석장치의 주요구성은 차탑 고속 카메라로부터 촬영된 전차선 이미지을 수집받아 처리하기 위한 FPGA 프레임그래버와 차륜정보를 수집받기 위한 Tachometer 인터페이스 장치, 전차선 측정데이터의 실시간 수집 및 분석을 위한 산업용 컴퓨터 등으로 구성된다.
이론/모형
전차선 프로파일을 추출하기위해 원본영상을 이진화한 후, 레일블링(Labeling) 기법을 적용하여 각각의 레이저 프로파일 객체를 추출한다. 이때 레이저 세기, 전차선 표면 상태에 따라 추출된 레이저 프로파일의 굵기는 서로 다르므로 Y축 픽셀방향으로 스캔하여 프로파일의 무게중심을 추출한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전차선의 높이와 편위를 측정하는 방법으로 비 접촉식 측정방법은 무엇이 있는가?
대표적인 비 접촉식 측정방식으로는 머신비전을 이용한 3차원 측정방식으로 스테레오 비전을 이용한 방법과 카메라와 레이저를 이용한 삼각측정 방법이 있다. 스테레오비전을 이용한 측정방식의 경우 좌/우 카메라 셋팅이 복잡하고 좌/우 이미지간 정합으로 인한 측정속도 저하 및 측정 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.
전차선이란 무엇인가?
전차선은 철도 전기차량에 전기를 안정적으로 공급하기 위한 시설물로서, 차량이나 외부요인에 의한 전차선의 변형 및 파손을 검지하여 전기철도 시설물 규정에 따라 최적의 상태로 유지해야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 전차선 마킹을 위한 라인레이저와 고속카메라 간에 기하학적 구성을 이용하여 3차선 거리측정방식으로 전차선 높이와 편위를 측정하기 위한 시스템 개발에 관하여 기술하였다.
전차선로는 어떻게 구성되는가?
전기철도차량은 다른 교통수단에 비하여 신속하고 정확하며 안정적인 장점으로 인해 많은 사람들이 이용하고 있으며, 전기철도 차량의 고속화 및 운행횟수 증가 등으로 인한 전차선로 위험요소는 현재 증가하는 추세에 있다. 전차선로는 전기차량의 집전장치와 접촉하기 위한 전차선과 전차선을 지지하기 위한 전차선로 시설물(가동브라켓트, 조가선, 드롭퍼 등)로 구성된다. 여기서 전차선은 전기철도 운행의 중요한 요소로서 전기철도차량은 팬터그래프를 사용하여 전차선으로부터 전력을 공급받아야 안정되게 고속으로 운행할 수 있다.
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