2015 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2015S235 3D 센서를이용한상하개폐식스크린도어장애물검지알고리즘개발 및평가 Open up-close down screen door obstacle detection algorithm development and evaluation using 3D sensors 김진경 *, 김현 *, 신판주 *, 유지철 ** Jin Kyung Kim *, Hyun Kim *, Pan Ju Shin *, Yoo Ji Chul * * Abstract Screen doors are safety facility installed on the railway platform to prevent passengers from accidentally falls off the platform. They are also installed to prevent collisions between train cars and passengers on the platform. Accordingly, if a passenger remains in the space between the screen doors and trains, the passenger may be at risk of severe injury. Therefore, the fault detecting function is extremely important. However, due to interference from dust, sunlight, snow, and insects, sensor errors often occur. As a result, platform safety doors operate less efficiently. Further research is necessary in order to improve upon sensor fault detections. 3D sensors were added to implement the obstacle detection algorithm of Rope type platform safe doors at Moon-yang station in Daegu city. This paper analyzes compare the fault detection data of existing area sensors and new sensors in this paper. Also, in order to correctly get a comparative analysis of data, CCTV cameras were installed to identify the causes of failures detected from each sensor. A verification process was also implemented in order to verify the fault of the rate of detection. And an algorithm capable controlling the doors separately with one 3D sensor was developed and the performance was verified. The algorithm is expected to contribute to a reduction in the cost of hardware installation 75% when 3D sensors applied to screen doors. eywords : Screen Door, 3D sensor, Area Sensor 초록스크린도어는철도승강장에서승객의선로측추락방지와열차진 출입시충돌방지등을위해설치된안전시설물이다. 이에따라승객이스크린도어와철도차량공간에잔류해있는경우안전사고위험에노출될수있기때문에장애검지기능은매우중요하다. 그러나현재스크린도어에장착된 Area 센서는먼지, 햇빛, 눈, 벌레등으로인한오류발생이빈번하며, 승강장안전문의기능이저하되고있어센서의장애검지기능고도화연구가필요하다. 본논문에서는대구문양역에서시범운영하고있는로프타입상하개폐식승강장안전문의장애물검지알고리즘이구현된 3D 센서를추가장착하고, 기존에장착되어있던 Area 센서의장애검지데이터를비교분석하였다. 또한데이터의비교분석이정확하게이루어지도록 CCTV 를설치하고, 각각의센서에서검지된장애원인을파악하여장애검지율을검증하는과정을거쳤으며, 한개의 3D 센서로열차의출입문을개별적으로제어할수있는알고리즘개발과성능을검증하였다. 본알고리즘은스크린도어의 3D 센서를적용할경우하드웨어설치비용 75% 를절감시키는데기여할것으로판단된다. 주요어 : 스크린도어, 3D 센서, Area 센서 교신저자 : 한국교통연구원철도교통본부 (hyun_kim@koti.re.kr) * 한국교통연구원철도교통본부 ** 주식회사 LBC Soft
1. 서론 2009년이후철도승강장의안전시설이없는승강장에서추락사고및자살등의안전사고가증가하고있다. 이러한이유에서철도승강장승객의안전을보장할수있는안전장치가설치되어야함에도불구하고혼용열차운영승강장과수동운전방식의열차운영노선의경우대응가능한스크린도어가없었다. 상하개폐스크린도어는 2006년광주녹동역, 2013년대구문양역에각각설치되어운영중에있다. 상하개폐식스크린도어는수동운전노선과서로다른형태의열차차종이운영하고있는승강장에서안전시설로적합한기능을확보할수있다 ( 강희찬외다수, 2013). 이시스템중장애물센서는스크린도어와전동차사이에승객존재여부등을검지하여스크린도어가안전하게작동할수있도록하는기능을수행해야된다. 하지만현재시스템에설치된 Area 센서의경우먼지, 햇빛, 눈, 벌레등으로인한오류발생이빈번하며, 스크린도어기능이저하되고있다. 장애물검지센서의오류발생을최대한감소시킬대안으로 3D 센서를채택하여다중공간분할검지알고리즘을개발하고, 대구문양역에설치하여기설치된센서와비교분석및신뢰성을평가하였다. 2. 본론상하개폐스크린도어시스템에설치되어실제운영되고있는 Area센서는검출방식이투과형으로투광부와수광부가스크린도어양끝에각각설치되어야하는제한이있다. 따라서상하개폐스크린도어시스템의규격에벗어나지못하고감지영역또한제한적이다. 현재운영되고있는시스템상에서는스크린도어내부에장애물이침범하지않는한승객의안전을위해설정한안전선을침범하여도감지를하지못한다. 이와달리 3D센서는개별센서하나만으로 4개열차출입문을각각구분하여장애검지가가능하며, 승객의이동에방해되지않는상단에설치할경우감지영역설정이자유로운장점이있다. 또한현재상하개폐스크린도어 1세트당 Area센서는 8개설치되어장애물을검지하며, 3D 센서는 2개로장애물을검지하였다. 본현장적용시험은실제상하개폐스크린도어시스템이운영되고있는대구문양역에설치하고 3D센서의감지범위를열차와안전선사이까지확장하여일정기간동안운영함으로써실제장애물이열차와안전선사이에존재할경우센서의검지율을평가하였다. 2.1 시험계획 상하개폐스크린도어가운영되고있는대구도시철도 2호선의문양역에선로측과승강장측에 3D센서를각 1개씩설치하였다. 이때승강장측의감지영역은기존 Area 센서보다안전선가까이설정하였다. 3D센서의감지데이터는항상기록되며비교를위해기존설치되어운영되고있는 Area센서의감지데이터를연동수집하여함께기록하였다. 또한, 웹캠을통한영상데이터를함께수집하여분석보조수단으로하고감지데이터수신과변환, 영상데이터촬영및백업, 원격제어등을위해함체를구성하여설치하였다 (Fig.1 참조 ).
Fig. 1 Test Environment Configuration 3D 센서검지범위는 20m, 검지영역은 5m 씩 4 분할하여열차출입문별로장애물감지가되도록설정하였다. Fig. 2 3D sensor installation and detection range ACU(Alarm Control Unit) 에서 3D 센서와 Area 센서를감지하고데이터제어및수신하며, 검지데이터분석및로그 (Log) 데이터를변환한다. 이때두가지센서의장애물검지데이터의정확한분석을위해추가설치한영상촬영데이터를활용하였다. Fig. 3 Performance comparison equipment configurations for each sensors and 3D sensor test photo
2.2 데이터분석방법 3D센서와 Area센서검지로그 (Log) 데이터는날짜, 시간, 센서구분, 검지영역, 위치, 감지위치좌표, 각도변화, 현재각도정보등을초당검지자료를수집하고, 1시간단위로파일을분할하여저장하였다. 텍스트형태로저장된데이터는분석이용이한엑셀파일의형태로변환하여분석하였다. Fig. 4 Processing the Log data to analyze the data type 영상데이터는 1일단위폴더내에서 1시간단위로저장하였으며, 수집된영상데이터를통해실제장애물이열차와승강장사이존재할경우 1, 존재하지않을경우 0으로구분하여엑셀시트에기록하였다. Fig. 5 Image data and the Log Data 1:1 Verification 2.3 데이터분석결과 영상정보데이터와 Log데이터의비교분석결과승객이장애물검지영역을지나갈경우모든경우에서검지가정상적으로이루어졌으며, 승강장측과선로측의검지시간에서약
간의차이가있었다. 이것은승객및장애물의이동속도와센서별검지속도의차이때문인것으로보이며, 장애물이 3D 센서의검지영역을지나갈경우정상적인검지가되었다. 이에반해선로측에승객또는장애물이없음에도불구하고 Area 센서는장애물검지신호정보를송출하는오작동하였음을알수있었다. Fig. 6 Area sensor malfunction Log analysis data and image data display 장애물이있었던시간의개수를합산하여하루동안장애물이있었던시간 ( 초 ) 의개수 (A) 를구하고, 그시간대의센서가감지한개수를일단위로합산한값 (B) 으로검지율을산출하였다. 실제장애물이감지된이틀간의영상데이터분석결과와 Log 데이터를분석한결과의비교결과 Area 센서의장애물검지율보다 3D센서의장애물검지율이더높은것을확인할수있었다. Table 1 comparison of obstacle detection rates Track side Platform side Date Obstacle 3D sensor Area sensor Obstacle 3D sensor Area sensor 4/1 428 sec 417 sec (97.4 %) 392 sec (91.5 %) 453 sec 418 sec (92.3 %) 410 sec (90.5 %) 4/2 480 sec 471sec (98.1 %) 423 sec (88.1 %) 513 sec 469 sec (91.4 %) 451 sec (87.9 %) 3. 결론 3D센서와 Area센서의장애물검지율은선로측과승강장측모두 3D센서가높은것으로확인되었다. 단순하게검지범위만으로도비교가가능한데상하개폐스크린도어시스템의규격에한정된 Area센서의경우설치위치가한정되어있기때문에선로측은 Area센서보다
열차에가깝고, 승강장측은 Area 센서보다안전선가까이검지범위를설정할수있어 Area센서에서감지못하는위치의안전선을침범한장애물은 3D센서만이감지할수있다. 현재상하개폐스크린도어시스템의규격에한정된 Area설치위치의한계점이기도하다. 이에따라 3D센서의검지율이높은것은당연할수도있지만, 시험결과 Area 센서의위치상충분히감지될수있는상황에도불구하고검지를못하는경우가있음을알수있었다. 3D 센서의경우검지율이 90% 이상이었으며, 특히선로측은 97% 이상의높은검지율을보였고 Area센서대비장애물검지율이높은것으로분석되었다. 현재상하개폐스크린도어 1세트당 Area센서가 8개설치되어장애물을검지하도록되어있는데반해 3D 센서는상하개폐스크린도어 1세트당 2개로도비교적정확한장애물검지결과를얻을수있었다. 이에따라상하개폐스크린도어시스템에 3D센서를적용할경우기존 Area적용시스템보다저렴하면서정확한장애검지데이터를확보하여승강장의승객안전을지킬수있을것으로판단된다. 3D 센서를이용한다중공간분할알고리즘은열차출입문이 2~4개가스크린도어와 1대 1로대응하는좌우개폐스크린도어에도적용이가능하다. 향후 3D센서의다중공간분할검지시스템이도시철도승강장의현장성능검증을통하여그성능이확인된다면장애물센서로발생하고있는스크린도어오류는완벽하게개선될것으로기대된다. 이를위해다중공간분할시스템은직선승강장이외곡선승강장의적용가능한기준과지침등을마련하는연구가지속적으로필요하다. 후기본논문은국토교통부가출연하고국토교통과학기술진흥원에서발주하여시행중인 2014년도철도기술연구사업 (14RTRP-B067916-02) 의지원으로이루어졌습니다. 참고문헌 [1] Heechan, Kang, Hyun KIM, Yunshick CHUNG(2013), Feasibility analysis of RPSD(Rope type Platform Safe Door) on the simulation, The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems [2] Lee, seung-ho, Kim hyun(2013) A Study of RPSD(Rope-type Platform Safe Door) Opening and Closing Algorithm on Train Platform, Transportation Research, 20(3), pp. 1-12. [3] Choi gap-yeol (2015) Development of the Operating Algorithm on the Platform Screen Door for Vertical Opening and Closing, Chosun University Dissertation, pp. 1-114.