마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치{POSITION DETECTING APPARATUS FOR MAGNETIC LEVITATION TRAIN USING OF A MAGNETIC BAR AND RFID TAG}
본 발명은 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 선로를 따라 N극과 S극을 갖는 마그네틱 바를 배치하고, 차상에 설치된 마그네틱 리더를 통해 마그네틱 바를 카운트함으로써 상대 위치를 검출하며, 검출 파형 비교에 따라 그 진행방향을 파악할 수 있고, 일정 간격마다 절대 좌표를 검출할 수 있는 RFID 태그를 별도로 설치하여 정밀도가 높고, 설치비용이 낮은 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 일반적인 철도시스템에서 고속부상열차(철제차륜방식)의 위치 및 속도검지는 지상에 설치된 궤도회로와 열차에 설치된 타코메타 또는 오도메타 등을 사용하여 파악이 가능하다. 즉, 열차의 철제차륜에 설치된 타코메타 또는 오도메타 등을 사용하여 차륜회전시 출력되는 전압 펄스의 개수를 세어 열차의 이동거리와 속도를 측정하며, 지상에 설치된 궤도회로를 사용하여 레일에 구성된 궤도회로와 철제차륜의 단락에 의해 열차의 위치파악이 가능하다. 이와 같이 궤도회로와 타코메타 또는 오도메타를 이용하는 얻어진 열차의 위치 및 속도정보는 열차의 운행제어 및 진로 쇄정, 열차의 간격조정 등 열차제어를 위한 핵심정보로 활용된다. 그러나, 차륜의 회전과 궤도와의 접촉이 발생하지 않는 자기부상열차의 경우에는 기존의 타코메타와 궤도회로에 기반한 열차의 위치 및 속도확인이 불가능하므로 궤도회로와 타코메타 등을 대신하여 무접촉 위치 감지방식을 사용하고 있다. 도 1a, 1b는 종래의 자기부상 열차용 무접촉 위치 감지장치를 도시한 도면이다. 이를 참조하면, 종래의 자기부상 열차용 무접촉 위치 감지장치는 차량신호발생기(4) 및 차량안테나(6)를 포함하는 자기부상열차(2)의 차상설비와; 교차 루프코일(8), 지상검지신호 정보처리장치(10)를 포함하는 지상설비로 구성된다. 먼저, 차상설비가 장착된 자기부상열차(2)가 상기 지상설비가 설치된 궤도구간 통과시 자기부상열차(2)의 차량신호발생기(4)에서 고주파 신호를 차량안테나(6)를 통해 궤도상의 교차루프코일(8)에 유도전압을 유기하면 유기된 전압신호를 지상검지 신호정보처리장치(10)에서 수신하고 연산처리하여 지상에서 교차루프코일이 설치된 궤도구간 안에서의 열차의 정확한 위치와 속도를 파악할 수 있다. 여기서 차량안테나(6)에 의해 교차루프코일(8)에 유기된 전압은 차량안테나(6)와 만나는 교차루프코일(8)의 면적 크기에 따라 비례하는 특성을 가지며, 교차루프코일의 면적이 가장 큰 지점에 차량안테나가 위치할 경우 교차루프코일(8)에 유기되는 전압은 최대가 되고, 교차루프코일의 면적이 가장 작은 지점에 차량안테나가 위치할 경우 교차루프코일(8)에 유기되는 전압은 최소가 된다. 지상검지 신호정보처리장치(10)는 차량안테나(6)가 교차루프코일(8) 위를 통과함에 따라 유도되는 고주파 전압신호를 처리하여 위치를 파악하게 된다. 따라서 차량안테나(6)와 교차루프코일(8)간의 관계가 유도되는 고주파 전압신호의 품질에 영향을 주므로 차량안테나(6)의 크기는 교차루프코일(8)의 교번간격보다 작은 크기로 구성되어야 한다. 이때, 차량안테나는 교차루프코일의 1개 교번간격만큼만 고주파 전압을 유도시키며 1개 교번 간격이 위치정보의 분해능에 해당한다. 따라서, 차량에 탑재된 상기 차량안테나(6)가 상기 교차루프코일(8)의 상부를 통과하게 되면 도 1b에 도시된 교차루프코일(8)과 유사한 형태의 전압이 검출되고, 검파과정을 거치면 + 성분의 파장이 남게 되며, 디지털 처리과정을 거치면 펄스파형으로 변환되어 각 펄스 개수를 카운트함으로써 실제의 주행거리를 연산할 수 있게 된다. 주행거리의 연산은 궁극적으로 차량의 현재 위치를 파악하는데 이용하여 현재 위치와 속도를 감지하게 된다. 하지만, 상기한 종래의 자기부상 열차용 무접촉 위치 감지장치는 교차루프코일(8)을 선로를 따라서 매설해야 하므로 설치비용이 매우 크다는 단점이 있었다. 또한, 상기 차량안테나(6)를 통해 상기 교차루프코일(8)을 유기하는 방식은 오차 발생 가능성이 있다는 문제가 있었다. 또, 상기한 종래의 자기부상 열차용 무접촉 위치 감지장치는 펄스파 카운트를 통한 상대 위치 검출장치인 바, 작은 오차가 누적되면 고 정밀성이 요구되는 자기부상열차의 위치에 오차가 발생되어 안전사고의 위험이 있다는 문제가 있었다. 또한, 또, 상기한 종래의 자기부상 열차용 무접촉 위치 감지장치는 펄스파 카운트를 통한 상대 위치 검출장치인 바, 자기부상 열차가 역주행하는 경우 단거리 주행에서는 주행 방향을 검출하기 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 선로를 따라 N극과 S극을 갖는 마그네틱 바를 배치하고, 차상에 설치된 마그네틱 리더를 통해 마그네틱 바를 카운트함으로써 상대 위치를 검출하며, 검출 파형 비교에 따라 그 진행방향을 파악할 수 있고, 일정 간격마다 절대 좌표를 검출할 수 있는 RFID 태그를 별도로 설치하여 정밀도가 높고, 설치비용이 낮은 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 선로상에 길이방향으로 반복적으로 부착되고 N극과 S극의 자성을 발생하는 마그네틱 바(32)와; 상기 마그네틱 바(32)의 자성에 의해 자화됨으로써 마그네틱 바(32)를 감지하는 제 1 마그네틱 센서(24)와, 상기 제 1 마그네틱 센서(24)로부터 일정거리 이격되어 설치되고 상기 마그네틱 바(32)의 자성에 의해 자화됨으로써 마그네틱 바(32)를 감지하는 제 2 마그네틱 센서(26)로 이루어진 마그네틱 리더부(20)와; 상기 제 1, 2 마그네틱 센서(24, 26)로부터 인가된 정현파형의 마이너스 파형을 반전시켜 합산하는 검파부(44)와; 상기 검파부(44)를 통과한 신호를 디지털 처리하는 비교부(46)와; 상기 비교부(46)로부터 인가된 신호를 카운트하는 카운터(48)와; 상기 마그네틱 바(32)의 인근 소정부에 일정간격으로 이격되어 설치되며, 절대 위치 정보를 저장하고 자화되어 절대 위치정보를 송출하는 RFID 태그(36)와; 상기 RFID 태그(36)로 자화신호를 전송하고, 그 RFID 태그(36)로부터 절대 위치정보를 수신받는 RFID 리더(38)와; 상기 카운터(48)로부터 각 마그네틱 바(32)의 개수를 누적 연산한 값을 수신하여 전체 주행거리를 연산하고 현재 위치를 판단하고 그 위치정보를 저장하며, 상기 마그네틱 바(32)를 통한 위치값과 RFID 태그(36)를 통한 위치값을 비교하여 에러 위치를 보정하도록 제어하는 제어부(54)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 RFID 태그(36)는 일정한 다수개의 상기 마그네틱 바(34)를 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 마그네틱 바(34)와 RFID 태그(36)의 위치값 불일치시, 상기 제어부(54)의 제어신호에 의해 상기 RFID 태그(36)의 위치값으로 현재 위치를 보정하는 위치보정부(39)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 마그네틱 바(32)는 그 이웃하는 다른 마그네틱 바(32)와의 배치가, (S극-N극)-(N극-S극)-(S극-N극)-(N극-S극)이 반복되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 카운터(48)에 의해 검출된 카운트 값별 위치정보 및, 진행 방향별 파형정보, 에러 위치값 및 RFID 태그(36)의 절대 위치값을 저장하는 데이터 저장부(50)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 제 1마그네틱 센서(24) 및 제 2마그네틱 센서(26)는 차량 주행시 서로 다른 시차의 정현파를 생성하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 마그네틱 바(32)는 그 외면에 부식과 표면 손상을 방지할 수 있도록 합성수지 재질로 이루어진 몰딩부재(34)로 몰딩처리된 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 제 1마그네틱 센서(24) 및 제 2마그네틱 센서(26)는 외부 자성의 영향을 피할 수 있도록 자성 차폐 케이스(22)의 내부에 장착된 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다. 바람직하게, 상기 제 1마그네틱 센서(24) 및 제 2마그네틱 센서(26)의 후단에는 신호 잡음을 필터링하는 필터부(40)와, 그 필터부(40) 후단에 연결되어 신호를 증폭하는 증폭부(42)가 각각 더 구비된 것을 특징으로 하는 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치가 제공된다.
본 발명에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치는 열차 위치를 검출하기 위한 장치의 시공이 용이하고 간단하므로 경제적으로 유리하고, 고장 발생율이 낮으므로 유지 보수가 용이하며, 열차의 정주행과 역주행을 감지할 수 있으므로 주행 관련 안전사고의 발생율을 낮출 수 있다는 장점이 있다. 또한, 위치 검출을 위한 신호처리중 오차가 발생되는 경우에도 위치 오차를 보정할 수 있으므로 정밀도가 대폭 개선되게 된다는 장점이 있다.
도 1a, 1b는 종래의 자기부상 열차용 무접촉 위치 감지장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치로 감지하기 위한 마그네틱 바와 RFID 태그의 배치상태를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치의 구성을 도시한 블록구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치로 감지하기 위한 마그네틱 바와 RFID 태그의 배치상태를 도시한 도면, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치의 구성을 도시한 블록구성도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 선로를 따라 N극과 S극을 갖는 마그네틱 바를 배치하고, 차상에 설치된 마그네틱 리더를 통해 마그네틱 바를 카운트함으로써 상대 위치를 검출하며, 검출 파형 비교에 따라 그 진행방향을 파악할 수 있고, 일정 간격마다 절대 좌표를 검출할 수 있는 RFID 태그를 별도로 설치하여 정밀도가 높고, 설치비용이 낮은 장치이다. 보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 선로상에 길이방향으로 반복적으로 부착된 영구자석으로 이루어져 자성을 상시 발생시키는 마그네틱부(30)가 포함되는 바, 그 마그네틱부(30)는 N극과 S극의 자성을 발생하는 마그네틱 바(32)가 포함된다. 상기 마그네틱 바(32)는 그 이웃하는 다른 마그네틱 바(32)와의 배치가, (S극-N극)-(N극-S극)-(S극-N극)-(N극-S극)이 반복되도록 배치된다. 한편, 상기 마그네틱부(30)는 상기 마그네틱 바(32)는 그 외면에 부식과 표면 손상을 방지할 수 있도록 합성수지 재질로 이루어진 몰딩부재(34)를 포함한다. 즉, 상기 몰딩부재(34)에 의해 상기 마그네틱 바(32)가 코팅된 형태이다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 상기 마그네틱 바(32)의 자성에 의해 자화됨으로써 마그네틱 바(32)를 감지하는 제 1 마그네틱 센서(24)와, 상기 제 1 마그네틱 센서(24)로부터 일정거리 이격되어 설치되고 상기 마그네틱 바(32)의 자성에 의해 자화됨으로써 마그네틱 바(32)를 감지하는 제 2 마그네틱 센서(26)로 이루어진 마그네틱 리더부(20)를 포함한다. 이때, 상기 마그네틱 리더부(30)는 상기 제 1마그네틱 센서(24) 및 제 2마그네틱 센서(26)가 외부 자성의 영향을 피할 수 있도록 자성 차폐 케이스(22)가 외부를 커버하고 있다. 상기 자성 차폐 케이스(22)는 하부가 개방되어 상기 제 1마그네틱 센서(24) 및 제 2마그네틱 센서(26)가 상기 마그네틱 바(32)를 검출할 수 있게 구성된다. 또, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 상기 제 1, 2 마그네틱 센서(24, 26)로부터 인가된 정현파형의 마이너스 파형을 반전시켜 합산하는 검파부(44)와; 상기 검파부(44)를 통과한 신호를 디지털 처리하는 비교부(46)와; 상기 비교부(46)로부터 인가된 신호를 카운트하는 카운터(48)를 포함하여 구성된다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 상기 마그네틱 바(32)의 인근 소정부에 일정간격으로 이격되어 설치되며, 절대 위치 정보를 저장하고 자화되어 절대 위치정보를 송출하는 RFID 태그(36)와; 상기 RFID 태그(36)로 자화신호를 전송하고, 그 RFID 태그(36)로부터 절대 위치정보를 수신받는 RFID 리더(38)와; 상기 카운터(48)로부터 각 마그네틱 바(32)의 개수를 누적 연산한 값을 수신하여 전체 주행거리를 연산하고 현재 위치를 판단하고 그 위치정보를 저장하며, 상기 마그네틱 바(32)를 통한 위치값과 RFID 태그(36)를 통한 위치값을 비교하여 에러 위치를 보정하도록 제어하는 제어부(54)를 포함하여 구성된다. 바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 상기 제 1마그네틱 센서(24) 및 제 2마그네틱 센서(26)의 후단에는 신호 잡음을 필터링하는 필터부(40)와, 그 필터부(40) 후단에 연결되어 신호를 증폭하는 증폭부(42)가 각각 더 구비되어져 있다. 한편, 상기 제 1마그네틱 센서(24) 및 제 2마그네틱 센서(26)는 상호 일정거리 이격되어져 있으므로 차량 주행시 서로 다른 시차의 정현파를 생성한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 상기 카운터(48)에 의해 검출된 카운트 값별 위치정보 및, 진행 방향별 파형정보, 에러 위치값 및 RFID 태그(36)의 절대 위치값을 저장하는 데이터 저장부(50)가 더 포함된다. 이때, 상기 RFID 태그(36)는 일정한 다수개의 상기 마그네틱 바(34)를 간격으로 형성된 바, 예컨대 상기 RFID 태그(36)는 10,000개의 마그네틱 바(34)마다 1개씩 설치될 수 있다. 즉, 마그네틱 바(34)의 길이가 10㎝라고 가정한다면 10,000개의 마그네틱 바(34)는 총 100미터의 길이로 구성될 수 있으므로 상기 RFID 태그(36)를 10,000개의 마그네틱 바(34)마다 1개씩 설치하는 경우에는 100미터마다 절대 위치좌표를 갖는 상기 RFID 태그(36)를 설치하여 상기 마그네틱 바(34)를 통해 상대 위치 검출시 발생하는 위치 오차를 보정할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 상기 마그네틱 바(34)와 RFID 태그(36)의 위치값 불일치시, 상기 제어부(54)의 제어신호에 의해 상기 RFID 태그(36)의 위치값으로 현재 위치를 보정하는 위치보정부(39)가 더 포함된다. 상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치의 기능과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다. 먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)는 선로상에 길이방향으로 마그네틱 바(32)가 반복적으로 부착된 바, 상기 마그네틱 바(32)는 그 이웃하는 다른 마그네틱 바(32)와의 배치가, (S극-N극)-(N극-S극)-(S극-N극)-(N극-S극)이 반복되도록 배치되어져 있다. 또한, 일정개수의 마그네틱 바(32)마다 절대 좌표를 내장한 상기 RFID 태그(36)가 설치되어져 있다. 그 상태에서, 상기 마그네틱 바(32)를 검출할 수 있는 복수개의 제 1, 2 마그네틱 센서(24,26)가 차상에 설치된 상태에서 주행을 개시하면, 도 2에 도시된 바와 같은 정현파가 검출되는 바, 상기 제 1, 2 마그네틱 센서(24,26)가 복수개이고, 거리가 이격된 상태로 설치되어져 있으므로 감지 시차가 다름으로 인해 정현파는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 교차되는 파형이 검출된다. 그러면, 해당 정현파 신호는 상기 필터부(40)와 증폭부(42)를 거치면서 노이즈를 제거하고 신호 증폭된다. 그리고, 그 신호는 검파부(44)를 거치면서 음(-)성분의 정현파를 반전처리하여 양(+)성분의 정현파를 형성하고, 상기 비교부(46)를 거치면서 펄스파로 변환 처리한다. 따라서, 상기 카운터(48)는 해당 비교부(46)를 거친 신호를 이용하여 카운트를 수행하는 바, 카운트된 신호는 상기 제어부(54)로 유입되고, 제어부(54)는 데이터 저장부(50)에 저장된 카운트 개수별 위치정보를 추출함으로써 현재 위치를 파악할 수 있다. 예컨대, 카운트 개수가 1만개라면 ○○역으로부터 △△역으로 500미터 진행한 위치라는 정보를 데이터 저장부(50)에 등록한 상태에서, 상기 제어부(54)가 카운터(44)로부터 카운트 개수 1만개의 검출신호가 인가되면 '○○역으로부터 △△역으로 500미터 진행한 위치'라고 판단하게 되는 것이다. 또한, 카운트 개수와 GPS 좌표를 매칭하여 상기 데이터 저장부(50)에 미리 등록해놓을 수도 있다. 어떤 방식이건, 본 발명의 일실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치(100)를 통해서 현재의 상대위치를 검출해낼 수 있다. 상기 제어부(54)는 위치 검출값을 상기 데이터 저장부(50)에 저장하여 갱신한다. 그 상태에서, 상기 RFID 리더(38)가 상기 RFID 태그(36)의 인근을 통과하게 되면, 일반적인 RFID 태그와 마찬가지로 상기 RFID 리더(38)에 의해 자화되어 해당 상기 RFID 리더(38)로 위치좌표를 송출한다. 그러면, 해당 위치좌표 정보는 상기 제어부(54)로 유입되고, 제어부(54)는 현재 위치를 파악할 수 있다. 또한, 상기 제어부(54)는 상기 위치보정부(39)를 통해 상기 마그네틱 바(34)의 카운트를 통한 위치 정보와, 상기 RFID 태그(36)를 통한 위치값을 비교하여 오차범위 이내인지를 판단하고, 오차범위를 벗어난 경우에는 그 오차값을 저장하고, 현재 위치를 상기 상기 RFID 태그(36)로부터 검출된 위치값으로 보정하게 한다. 이러한 비교 분석을 통하면, 다양한 신호처리중 오차가 발생되는 경우에도 본 발명의 실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치는 위치 오차를 보정할 수 있으므로 정밀도가 대폭 개선되게 된다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 마그네틱 바와 RFID 태그를 이용한 자기부상 열차용 열차 위치 검출장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
20:마그네틱 리더부, 22:자성 차폐케이스,
24:제 1마그네틱 센서, 26:제 2마그네틱 센서,
30:마그네틱부, 32:마그네틱 바,
34:몰딩부재, 36:RFID 태그,
38:RFID 리더, 39:위치보정부,
40:필터부, 42:증폭부,
44:검파부, 46:비교부,
48:카운터, 50:데이터저장부,
54:제어부. |
