무선 통신을 이용한 철도 차량의 건널목 정시간 제어 시스템 { System for controlling on time crossing in the train using the radio communication }
도 1은 종래 기술에 따른 제어자 방식의 건널목 제어 구성도 도 2는 종래 기술에 따른 궤도회로 방식의 건널목 제어 구성도 도 3은 종래 기술에 따른 차축 검지기 방식의 건널목 제어 구성도 도 4는 본 발명에 따른 무선 통신을 이용한 정시간 건널목 제어 구성도 도 5는 본 발명에 따른 무선 통신을 이용한 지상부와 차상부의 건널목 제어 시스템 * 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * 10 : 무선 송수신부 20 : 건널목 제어장치 21 : 경보 수단 22 : 차단 수단 23 : 접근 구간 알림 수단 30 : 가/감 속도 계산부 31 : 타코메타 32 : 비상 제동 출력부 40 : 접근 구간 알림 응동 안테나 50 : 철도 차량
본 발명은 철도 차량의 건널목 신호 제어에 관한 것으로, 특히 입체화되지 않은 건널목에 있어 접근하는 철도 차량으로부터 건널목을 안전하게 차단하도록 경보 수단 및 차단 수단의 동작을 제어하는 건널목 제어장치를 정시간으로 제어하는 무선 통신을 이용한 철도 차량의 건널목 정시간 제어 시스템에 관한 것이다. 일반적으로 건널목 제어라 함은 접근하는 철도 차량에 반응하여 경보등, 경보종, 차단기 및 접근방향 표시기 등을 동작시켜 상기 철도 차량이 건널목을 안전하게 통과시키기 위한 제어이다. 이러한 건널목 제어를 위한 장치는 초기에는 계전기 회로로 구현되어 궤도 회로나 제어자로부터 입력되는 접점값이 일정한 조건을 만족함에 따라 차단을 시작 또는 해제하였다. 정시간 건널목 제어는 접근하는 철도 차량의 속도에 따라 경보 개시 후 30초 이후에 상기 철도 차량이 건널목을 진입하는 개념으로써 정시간 제어를 위한 방법으로는 제어자를 이용한 방법, 궤도회로를 이용한 방법, 차축 검지기를 이용한 방법이 기존에 사용되고 있다. 도 1은 종래 기술 중 제어자를 이용한 건널목 제어 방법에 관한 것으로, 제어자(100)를 건널목의 진입부와 진출부에 각각 설치하고 상기 진출부에 설치된 제어자(100)에 의해 철도 차량(50)이 감지되면 경보 수단(21)에서는 경보를 시작한다. 상기 철도 차량이 건널목 진출부에 설치된 제어자(100)를 통과하면 철도 차량(50)이 완전히 빠져나간 것으로 판단하고 경보 수단(21) 및 차단 수단(22)이 해 제되도록 한다. 도 2는 종래 기술 중 궤도회로를 이용한 건널목 제어 방법에 관한 것으로, 궤도회로(200)를 건널목에서 일정 거리만큼 선로까지 각각 설치한 후 철도 차량(50)이 상기 궤도회로(200) 구간 내로 진입하게 되면 경보 수단(21) 및 차단 수단(22)이 동작을 시작해서 궤도회로(200) 구간을 완전히 빠져나가게 되면 상기 경보 수단(21) 및 차단 수단(22)이 해제되도록 한다. 상기 도 1과 도 2의 건널목 제어 방법은 철도 차량(50)이 각각 감지 수단이 설치된 접근 구간 내에 들어오게 되면 속도에 관계없이 경보 수단(21)의 동작이 시작되므로 고속의 철도 차량(50)의 경우 정시간 예를 들면 30초를 유지하지만, 저속의 철도 차량(50)인 경우 경보 수단(21)이 동작을 수행 후 수 분이 초과하여도 상기 철도 차량(50)이 건널목에 진입하지 않아 상기 건널목에 대기하고 있는 보행자 및 일반 차량이 자의적인 판단에 따라 상기 건널목을 침입, 횡단하여 사고를 초래하게 된다. 즉, 제어자(100)와 궤도회로(200)에 설치된 신호 계전기가 낙하하게 되면 경보 수단(21)이 시작되거나 설정에 따라 일정 시간 후에 경보 수단(21)이 시작되는데, 이런 동작은 접근하는 철도 차량(50)에 관계없이 수행되기 때문에 상기 제어자(100)와 궤도회로(200)가 설치된 구간 내 최대 통과 속도에 설정된 건널목 경보 수단 시작 시간이 저속 철도 차량(50)이 진입하는 경우 불필요하게 차단을 오래 지속하는 문제점이 있다. 상기 도 1과 도 2의 개선 방법으로 도 3과 같은 차축 검지기를 이용한 건널 목 제어 방법이 사용되고 있다. 즉, 선로에 철도 차량(50)의 속도를 산출하기 위한 차축 검지기(300)를 일정 간격으로 설치하고 상기 차축 검지기(300)가 설치된 구간을 철도 차량(50)이 접근함에 따라 차륜을 검지하여 상기 철도 차량(50)의 속도를 계산하고 건널목에 설치된 경보 수단(21)의 개시 시간을 조절하도록 한다. 그러나 상기에서 제안된 건널목 제어 방법에 있어, 선로에 설치된 차축 검지기(300)를 통과한 후 상기 차축 검지기(300)와 건널목 사이에서 발생하는 철도 차량(50)의 가속 내지 감속이 고려되지 않아 상기 차축 검지기(300)를 통과한 후의 철도 차량(50)의 가속에 의해 즉, 예상 건널목 도달 시간에 큰 오차가 생겨 경보 수단이 동작되기 전에 상기 철도 차량(50)이 진입하게 되는 위험한 상황이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 선로에 설치된 접근 구간 알림 수단에 의해 철도 차량과 건널목의 무선 송수신부를 통해 실시간으로 연속 제어되며 건널목에 도달하는 철도 차량의 정시간(30초)을 정밀하게 예측하여 건널목을 안전하게 차단하고, 건널목의 이상 또는 고장 신호에 따라 상기 철도 차량의 비상 제동을 수행하는 무선 통신을 이용한 철도 차량의 건널목 정시간 제어 시스템을 제공함에 있다.
상기된 목적을 달성하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같 다. 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 무선 통신을 이용한 건널목 및 철도 차량에 설치된 제어 시스템 구성도로서, 접근 구간 알림 수단과, 건널목 제어장치의 지상부와, 무선 송수신부와, 가/감 속도 계산부와, 비상 제동 출력부, 접근 구간 알림 응동 안테나를 포함하는 차상부로 구성된다. 지상부는 철도 선로에 설치되며 철도 차량(50)에게 건널목 인접을 알려주는 접근 구간 알림 수단(23)과, 철도 차량(50)과의 데이터 송수신을 수행하며 상기 철도 차량(50)의 가/감 속도 계산에 따른 철도 차량의 건널목 도달 시간 변경 값을 실시간으로 전송 받아 건널목 진입 시간에 따른 경보 수단 및 차단 수단의 동작을 제어하는 건널목 제어장치(20)로 구성된다. 차상부는 철도 차량(50)의 각종 데이터를 건널목 제어장치(20)로 전송하기 위한 수단의 무선 송수신부(10)와, 철도 차량(50)에 설치된 타코메타(31)로부터 검출된 값에 따라 가/감 속도를 계산하고 상기 철도 차량의 건널목 도달 시간 변경값을 실시간으로 건널목 제어장치(20)로 전송하는 가/감 속도 계산부(30)와, 상기 건널목 제어장치(20)에서 전송된 고장 또는 이상 신호에 따라 철도 차량(50)의 비상 제동을 제어하는 비상 제동 출력부(32)와, 상기 철도 차량(50)의 건널목 인접 구간 진입 정보를 건널목 제어장치(20)로 전송하는 접근 구간 알림 응동 안테나(40)로 구성된다. 무선 송수신부(10)는 각각 철도 차량(50)과 건널목 제어장치(20)에 설치되어 철도 차량(50)의 진입속도, 가/감 속도의 속도 정보와 건널목 제어장치(20)의 경보 수단(21), 차단 수단(22)의 동작 상태와 고장 및 이상 신호를 실시간으로 서로 전송하도록 구성된다. 건널목 제어장치(20)는 상기 무선 송수신부(10)를 통해 철도 차량(50)으로부터 전송된 속도 정보를 수신하여 각종 경보 수단(21), 차단 수단(22)을 동작시키고 건널목의 고장이나 이상 신호를 철도 차량(50)의 무선 송수신부(10)에 전송하도록 구성된다. 상기 건널목 제어장치(20)의 경보 수단(21)은 경보등, 경보종 및 방향 표시기를 포함하며, 상기 건널목 제어장치(20)의 제어를 통해 동작하도록 구성된다. 또한 상기 건널목 제어장치(20)의 차단 수단(22)은 차단기를 포함하며, 상기 건널목 제어장치(20)의 제어를 통해 동작하도록 구성된다. 접근 구간 알림 수단(23)은 선로에 설치되어 철도 차량에게 건널목 접근 구간 인접을 알려주도록 구성된다. 가/감 속도 계산부(30)는 철도 차량(50)이 접근 구간을 통과한 후 건널목에 접근할 때까지의 가/감 속도를 타코메타(31)로부터 검출된 값에 따라 계산하고 계산된 건널목 도달 시간 변경값을 실시간으로 건널목 제어장치(20)로 전송하도록 구성된다. 비상 제동 출력부(32)는 지상부의 건널목 제어장치(20)로부터 전송된 고장 및 이상 신호에 따라 철도 차량(50) 비상 제동 신호를 출력하고 철도 차량(50)의 안전한 제동을 수행하도록 구성된다. 접근 구간 알림 응동 안테나(40)는 철도 차량(50)이 선로에 설치된 접근 구 간 알림 수단(23)을 감지하고 철도 차량(50)이 건널목 접근 구간에 인접하였음을 건널목 제어장치(20)에 전송하도록 구성된다. 상기 구성에 따른 동작 설명은 다음과 같다. 철도 차량(50)이 선로 상에 설치된 접근 구간 알림 수단(23)에 인접함에 따라 철도 차량(50)에 설치된 접근 구간 알림 응동 안테나(40)가 동작한다. 지상부의 건널목 제어장치(20)는 상기 접근 구간 알림 응동 안테나(40)에 의해 상기 철도 차량(50)이 건널목과 일정 거리에 인접하였음을 인지한다. 아울러 상기 철도 차량(50)의 무선 송수신부(10)는 지상부의 무선 송수신부(10)와 통신을 시도한다. 이때 철도 차량(50)의 무선 송수신부(10)에서는 기본적으로 상기 철도 차량(50)의 접근 구간 진입 속도 및 건널목 도달 시간이 함께 전송한다. 상기 철도 차량(50)이 선로상의 접근 구간 알림 수단(23)을 통과한 후 지상부의 건널목에 접근할 때까지의 가/감 속도를 상기 철도 차량(50)에 부착된 타코메타(tachometer)로부터 검출된 값에 따라 계산하고 계산된 건널목 도달 시간 변경값을 실시간으로 건널목 제어장치(20)로 전송한다. 즉, 상기 타코메타를 통한 검출은 회전수에 따르는데, 회전수가 빨라짐에 따라 코일로 감겨진 스테이트(고정자)안의 자석으로 된 로터(회전자)가 회전하게 되고 이때 상기 스테이트에 전기가 발생하게 된다. 상기에서 회전이 빠를수록 많은 전기가 발생하며 상기 타코메타에 연결된 전압계에 공급되어 게이지가 비례해서 움직이며 이를 통해 철도 차량(50)의 건널목에 도달 시간의 변경값 등이 전송되는 것이다. 한편, 지상부의 무선 송수신부(10)에서는 상기 철도 차량(50)의 예상 건널목 진입 시간을 수신한다. 즉, 상기 철도 차량(50)의 통과 정시간(30초) 이전에 예상 건널목 진입 시간이 건널목 제어장치(20)에 전송되어 경보종, 경보등 및 방향 표시기의 경보 수단(21)의 동작과 차단기의 차단수단(22) 동작을 제어한다. 이때, 건널목 제어장치(20)에서 오동작이나 철도 차량(50)으로부터 입력값이 통과하는 철도 차량(50)과 건널목 이용자의 안전에 직접적인 영향을 미치는 요인이 발생하게 되면 선별하여 고장 및 이상 신호를 지상부의 무선 송수신부(10)를 통해 상기 철도 차량(50)의 무선 송수신부(10)로 송신한다. 상기 지상부의 건널목 제어장치(20)로부터 전송된 고장 및 이상 신호를 수신한 철도 차량(50)은 제동 장치와의 인터페이스(interface)를 통해 비상 제동 출력부(32)에서 비상 제동 신호를 출력하고 그에 따라 상기 철도 차량(50)을 비상 제동시켜 안전하게 정지시킨다.
상기 본 발명을 통해 철도 차량의 선로 내의 인접 구간 진입에 따른 정확한 경보 시간(30초)을 유지하며, 건널목 제어장치의 고장 및 이상에 대해 인접 구간 내에 진입하는 상기 철도 차량에 상기 고장 및 이상에 대한 신호를 전송하여 비상 제동을 수행하도록 하여 충돌에 대한 대형 사고를 예방하며, 무선 통신을 통해 기존의 철도 차량 감지를 위해 투입되는 케이블과 같은 물리적 자원을 절감하여 경제 적인 비용을 절감하는 효과가 있다. |
