2014 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2014A286 위치검지센서를활용한열차위치검지시스템의기초결과 Preliminary Results of Train Positioning Detection System using Localization Sensors 김성진 *, 박성수 *, 이재호 *, 권민정 *, 김혜윤 ** Seong Jin Kim *, Sungsoo Park *, Jae-Ho Lee *, Min Jung Kwon *, Hye Yun Kim ** Abstract Precise positioning detection for conventional trains, track maintenance trains, and track equipment is essential to improve safety and efficiency of train operation and movement in a railway network. Project Technology development on the positioning detection of 400km/h class railroad with high precision has been conducted by Korea Railroad Research Institute. This paper presents preliminary results of train positioning detection using localization sensors and a measurement system, which selects and analyzes the used sensors. We expect to make application to train control system or autonomous train driving by enhancing location detection technology based on these results. Keywords : Train positioning, Localization sensors, Measurement system, Korean tilting train express 초록철도망에서일반열차를비롯한궤도유지보수열차와철도시설물들의정확한위치검지는열차운행의안전성과효율성을현저하게향상시킬수있기에반드시필요하다. 본논문에서는한국철도기술연구원에서국가 R&D 로수행중인 400km/h 급고정밀철도위치검지기술개발 과관련하여, 한국형틸팅열차에설치한위치검지센서와위치검지센서선정 분석용계측시스템을활용한위치검지기초결과에관한내용이다. 이러한위치검지기술을발전시켜향후열차제어시스템또는열차자동제어같은응용분야에도적용할수있을것으로기대한다. 주요어 : 열차위치검지, 위치검지센서, 계측시스템, 한국형틸팅열차 1. 서론최근들어국내외적으로고속철도의건설및기술수요뿐만아니라, 열차운행의정시성및안전성확보를위한철도시설물의유지보수효율성개선에대한요구도증대되고있다 [1]. 이러한요구사항을만족시키기위해일반열차는물론검측열차및철도시설물들의정확한위치검지는철도시스템의다방면에서필수적이다 [2-4]. 본논문에서는한국철도기술연구원주관으로수행중인 400km/h급고정밀철도위치검지기술개발 과관련하여위치검지에필요한센서의선정및분석을위해한국형틸팅열차에 교신저자 : 한국철도기술연구원 ICT 융합연구팀 (sjkim@krri.re.kr) * 한국철도기술연구원 ICT 융합연구팀 ** 성균관대학교전자전기컴퓨터공학과
설치된위치검지센서와계측시스템에대해설명한다. 그리고, 이를활용한위치검지기초결과에대해다룬다. 2.1 위치검지센서선정 분석용계측시스템 2. 본론 위치검지센서선정과분석을위한계측시스템은위치검지센서선정을위해계측항목에따라상대위치센서와절대위치센서, 속도센서및모니터링시스템으로구성된다. 상대위치센서는전측정위치로부터현재측정위치까지상대적인위치정보를위한센서이며, 절대위치센서는현재의측정위치정보를바로계측할수있는센서이다. 모니터링시스템은이러한계측대상들에대해실시간으로계측, 저장및모니터링을수행한다. Fig. 1 Configuration of measurement system to select and analyze the used sensors for train positioning system 계측대상에대한인터페이스사양은 Table 1과같다. Table 1 Interface characteristics of positioning sensors Signal output device # of channels Signal type Interface Remark RFID reader RFID reader 1 Serial Serial interface card Absolute DGPS GPS Receiver 1 Serial USB Absolute Inertial measurement unit GPS Receiver 1 Serial USB Relative Tachometer Tachometer 1 Pulse Digital I/O card Relative GPS timer GPS timer 1 Analog Timing and Synchronization card -
Fig. 2 Hardware configuration of the measurement system for positioning detection system 위치검지센서선정 / 분석용계측시스템은 Fig. 2와같이 19인치표준랙에모든구성품을실장하는구조이다. 센서 / 신호계측및분석장치, 센서에전원을공급하기위한전원장치와안정된전원을공급하기위한 UPS로구성된다. 계측시스템의동작을위해사용하는전원은차량에서제공하는 AC220V를사용한다. 2.2 한국형틸팅열차한국형틸팅열차는 Fig. 3과같이총길이 143m인국내최초의틸팅열차로서 6량 1편성으로구성되며만차시 344톤이고양방향운행이가능하다. 최고운행속도는 180km/h이며최대틸팅각도는 8도인동력분산식의전기차량이다 [5]. Fig. 3 Korean tilting train express (TTX) GPS 안테나와 GPS 리시버, 관성센서, RFID리더를 Fig. 4와같이각각차량상부와차량내부바닥및차량하부에설치하였다. 각센서로부터의측정치에대해시간별동기를위해 GPS 타이머안테나도차량상부에설치하였다. 위치검지센서들과계측시스템은위치검지오차, 시간지연및케이블전송손실최소화를위해 4호차에모두설치하였고, 타코미터의경우추가로설치가어려워 6호차의기존의여분채널을이용하였다.
Fig. 4 Measurement system and the used sensors installed in Korean TTX 2.3 위치검지 기초 결과 한국형 틸팅열차에 설치되어 있는 센서중 관성센서와 GPS 정보만을 활용하여 Fig. 5와 같이 열차의 위치검지를 수행하였다. 호남선 나주역부터 일로역까지 약 38.4km 구간을 왕복하였 고, 실험중인 구간에는 4개역을 비롯하여 터널, 교량이 포함되어 있었으며, 최고 140km/h의 속도 구간도 포함되어 있었다. Fig. 5 Result of train positioning using GPS and IMU 3. 결 론 본 논문에서는 한국철도기술연구원 주관으로 수행중인 400km/h급 고정밀 철도 위치검지 기술개발 과 관련하여 위치검지에 필요한 센서의 선정 및 분석을 위해 한국형 틸팅열차에 설치된 위치검지 센서와 계측시스템에 대해 설명하였고, 이를 활용한 위치검지 기초 결과를 보여주었다.
후기 본연구는국토교통부철도기술연구사업인 고정밀철도교통위치검지기술개발 연구비지원에의해수행되었습니다. 참고문헌 [1] I. Choi (2014) Current and future of High-speed railroad inspection system technology, Railway Journal, 17(1), pp. 31-35. [2] K. Shin and J. Lee (2012) Location detection technology of railroad, Railway Journal, 15(1), pp. 16-21. [3] J. Lee, S. Park, H. Kim (2013) Study on high-speed and high-precision train position detection, Proceedings of Autumn Conference of the Korean Society for Railway, Daegu, Kora, pp. 1361-1365. [4] H. Kim, J. Lee, S. Park (2014) Study on railway navigation system, Proceedings of KSPE Spring Conference, Jeju, Korea, pp. 992. [5] S. Seo (2008) Development and outcome of Korean tilting train TTX for speed-up on conventional line, Journal of the Korean Society for Railway, 11(2), pp. 65-72. [6] Google Map, https://maps.google.com