2012 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2012A241 정밀위치검지센서를이용한열차정지위치오차정보제공시스템 A System Providing the Train Stop Position Error Using the Precision Position Sensor 유재

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서일 함
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1 2012 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2012A241 정밀위치검지센서를이용한열차정지위치오차정보제공시스템 A System Providing the Train Stop Position Error Using the Precision Position Sensor 유재욱 *, 박종헌 *, 박주용 *, 정병호 *, 김근주 *, 김경록 *, 장성연 * Jae-Wook Yoo *, Jong-Hun Park *, Joo-Yong Park *, Byung-Ho Jeong *, Kwen-Ju Kim * Kyung-Rok Kim *, Sung-Yeon Jang * Abstract Train s accurate position stop becomes important as subway stations have screen doors. For that reason we developed a system which can provide information about when trains are arriving in position exactly. The system provides both stopping distance and positional tolerance, which are estimated form the conditional of drive (location, speed, decrease). Those information will provide to drivers lively with normal position information and cut down of stopping time. Keywords : Train, Precision Position Sensor, Stop Position Error, Information System 초록지하철역사에스크린도어설치로열차의정위치정차가중요하게되었다. 본논문에서는현재의운전조건 ( 위치, 속도, 감속도 ) 하에서정지위치까지의거리와정지위치오차를추정하여운전자에게제공하는시스템을개발하였다. 정위치정차에필요한정보를운전자에게실시간으로제공함으로써정차시간단축과정위치정차를지원한다. 주요어 : 열차, 정밀위치검지센서, 정위치정차, 정지위치오차추정, 정보제공 1. 서론 지하철역사에스크린도어가설치되면서정위치정차에대한중요성이증가하게되었다. 수동운전의경우운전자의경험과숙련도에따라정차위치를조절하고있으나, 정지지점까 지의거리와운전조건 ( 위치, 속도, 감속도 ) 에따른정차위치오차정보가운전자에게피드백 되지않아감각적으로운전하고있다. 이로인해열차가정류장에정차할때정지시간이길어지거나정차위치오차한계를벗어나 는경우가발생할수있으며, 무리하게정지위치를맞추기위해가속과제동을반복함으로 써열차에충격이발생할수있다. 본논문에서는 RF 비콘과레이저센서, 타코미터센서를융합한정밀위치검지센서를이용 하여열차의절대위치를실시간으로검지하였다. 시간에따른열차위치의변화율과열차위 치변화율의기울기를계산함으로써열차의속도와감속도를추정하였고, 이로부터예상되 는열차의정지위치를계산하여정지위치오차를추정하였다. 위치정보의정확성과신뢰성 을높이기위하여센서융합기술을이용하였으며, 센서의위치검지정밀도는 8.56 cm 이고, 위치검지주기와정보갱신주기는 10 ms 이다. 교신저자 : 동양대학교철도대학철도운전제어과 (jhpark348@yahoo.co.kr) * 동양대학교철도대학철도운전제어학과 ** 동양대학교철도대학철도운전제어학과

2 2. 본론 2.1 시스템구성정차위치정보제공시스템은 Fig. 1 과같이열차의현재위치와속도, 가속도, 정지위치까지의거리, 정지거리, 정지위치오차등정위치정차에필요한정보를 ( 이하정지정보라한다 ) 운전자에게실시간으로제공한다. 운전자는자신의경험과기술을기초로정밀위치검지센서와정지위치오차정보추정엔진으로부터제공되는정지정보를이용하여열차에충격을발생시키지않고시행착오없이단시간내에정해진위치에정차할수있도록지원한다. Fig. 1 Structure of the Stop Information Providing System 열차위치검지센서는 Fig. 2 와같이 RF 비콘과레이저센서, 타코미터센서의융합을통하여열차의절대위치기준점을오차없이정확하게측정하며, 기준점으로부터의이동거리는 8.56 cm 오차이내로정밀하게측정한다. 측정된열차의이동거리변화율로부터열차의속도와가속도, 정지거리를추정하여열차의정지위치오차를계산하고, 그결과를운전자에게제공한다. Fig. 2 Process of the Stop Information Providing System

3 2.2 정지정보의추정운전지원시스템은열차의현재위치 () 를정밀하게실시간으로검지하고, 시간에따른위치의변화율 () 과위치변화율의기울기 () 를계산하여식 (1) 과같이열차의실제속도 () 와가 ( 감 ) 속도 () 를추정한다. () = () () = () (1) 추정된속도와감속도로부터열차의정지거리 () 와정지위치오차 () 를식 (2) 와같이 추정한다. () = () () = () (), 여기서 는정위치정차지점 (2) 감속도 가일정할경우속도에따른정지위치오차 () 의민감도는식 (3) 과같이 감속도에반비례하고속도에비례하므로정지지점에가까울수록정지위치오차가감소한다. = = (3) 2.3 적용예 Fig. 3 과같이정지정보제공시스템을무한궤도를이용한열차시뮬레이터에적용하여구현하였다. 열차시뮬레이터의사양은 Table 1 과같이 1/10 배로축소하여정밀위치검지센서의융합을통해절대위치를파악하고 Fig. 2 순서도의절차로정지위치를제공된정보를모니터에실시간으로전송된다. 또한주행속도에서보면열차사양을 7.6 km/h 로하여실제철도운영기관의열차속도와같이구현을하기위해서는 10 배정도의증속이필요하다.

4 Fig. 3 Simulation of the Stop Information Providing System Table 1 Parameters of the Train Simulator 구분 시뮬레이터 열차환산량 단위 비고 축적 10.0% 100% - 1 : 10 주행속도 km/h 10 배증속필요 타코펄스 cm/ 펄스 10 배정밀도향상필요 실험결과속도가증가함에따라정지위치오차에대한추정오차가증가하였다. 이를 개선하기위해서는타코미터대신에보다정밀한위치검지가가능한엔코더도입을검토 중이다. 3. 결론 현재수동운전을하는대부분의전동차에서는정위치정차를위하여정지위치표시와함께계기판에속도정보를제공하는것이전부이다. 스크린도어가설치되면서일부노선에서는정지위치까지의거리를실시간으로측정하여제공하고있으나, 대부분의경우운전자의운전기량과경험에의존하여정지위치를맞추고있다본연구는열차정차시필요한정지정보를실시간으로검지하여운전자에게제공함으로써열차정지시정지오차를줄이고, 정지시간을단축하며, 열차충격이발생하지않도록하는데목적이있다. 열차시뮬레이터에적용한결과열차이동거리측정센서의높은정밀도가

5 요구되는것으로나타나기존의타코미터보다는엔코더와같은정밀센서도입을검토하는 것이필요한것으로나타났다. 본연구를위해자재지원을주신 다원시스와기술지원을주신 2iSYS 에감사드립니다. 참고문헌 [1] Lee Jun-Hyuk, Lee, Jun-Ho (2008) A study about the characteristic of train car precision stop on subway station where the PSD was installed, The Korean Society for Railway Spring Conference, pp [2] Hee-Sang Yoon, Tae-Hyoung Park, Yong-Gi Yoon, Jong-Gyu Hwang, Jae-Ho Lee (2005) Estimation of Train Position Using Sensor Fusion Technique, Journal of the Korean Society for Railway, 8(2), pp [3] Min-Soo Kang, Eu-Bong Jung, Key Seo Lee (2007) A Study on the Optimal Train Recognition Ratio Instrumentation based on RFID, Journal of the Korean Society for Railway, 10(6), pp [4] Oh Kwi-Jin, Lee Jin-haeng (2009) Confirmation System of Feasibility of Train Position Through Tachometer and Balise, The Korean Society for Railway Spring Conference, pp [5] Gun Bong Lee, Jong Hun Park Ung Sun You, Chi Ho Hwang, Yoon Hwan Kim, Si Won Hwang, (2012) Development of the Train Simulator Using Caterpillar, The Korean Society for Railway Fall Conference. [6] Jin Gwon Park, Jong Hun Park, Chan Woo Kang, Jun Ki Jin, Dong Wan Kim, Tae Kyung Lee, Jong Woon Lee, (2012) Development of the Precision Train Lotation Sensor, The Korean Society for Railway Railway Fall Conference.

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