철도신호, 열차제어시스템, 폐색구간, 이동폐색, 안전제동거리, RailwaySignal, Moving Block, Train Control System Safe Braking
과거 20년 동안 열차제어시스템은 전 세계적으로 눈에 띄게 성장하였다. 특히, CBTC 및 ETCS 두 기술은 철도시장을 장악하면서 세계적 기준이 되고 있다. ETCS 기술은 유럽 국가 간 열차제어시스템의 상호호환성 확보를 위해 개발되어 고속선 또는 일반철도에 설치되고 있다. 국내 KTX에도 ETCS가 사용되고 있다. 또한 CBTC 기술은 시간당 최대승객 수송을 위해 개발되어 전 세계 도시철도 열차제어시스템에 주로 사용되고 있다. ETCS 기술 대비 CBTC 기술의 장점은 이동폐색방식을 이용한 열차 간격의 최소화이다. 이러한 이동폐색은 ETCS Level 2에는 현재 미적용 상태이지만 ETCS Level 3에는 적용될 예정이다.
이미 국내에도 신분당선, 용인경량전철, 부산-김해경량전철에 ...
철도신호, 열차제어시스템, 폐색구간, 이동폐색, 안전제동거리, RailwaySignal, Moving Block, Train Control System Safe Braking
과거 20년 동안 열차제어시스템은 전 세계적으로 눈에 띄게 성장하였다. 특히, CBTC 및 ETCS 두 기술은 철도시장을 장악하면서 세계적 기준이 되고 있다. ETCS 기술은 유럽 국가 간 열차제어시스템의 상호호환성 확보를 위해 개발되어 고속선 또는 일반철도에 설치되고 있다. 국내 KTX에도 ETCS가 사용되고 있다. 또한 CBTC 기술은 시간당 최대승객 수송을 위해 개발되어 전 세계 도시철도 열차제어시스템에 주로 사용되고 있다. ETCS 기술 대비 CBTC 기술의 장점은 이동폐색방식을 이용한 열차 간격의 최소화이다. 이러한 이동폐색은 ETCS Level 2에는 현재 미적용 상태이지만 ETCS Level 3에는 적용될 예정이다.
이미 국내에도 신분당선, 용인경량전철, 부산-김해경량전철에 CBTC시스템이 설치되어 운영 중이나, 모두 상의한 해외 시스템이 설치되어 운영 및 유지보수에 많은 어려움이 발생하고 있다. 특히 부품 단종에 따른 유지보수비용 증가 그리고 장애원인 파악과 조치에 많은 시간이 걸리는 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제의 해결과 세계 철도시장 변화에 대응하는 국내 기술력 확보를 위해서는 이동폐색을 이용한 열차제어시스템의 국산화가 반드시 필요하다.
이동폐색의 핵심은 선행열차의 위치를 기준으로 후행열차의 목적지를 결정하여 열차 간 최적의 간격을 제어하는 것이다. 따라서 목표지점 결정을 위한 안전거리의 계산이 필요하다. 허용 가능한 최소 안전거리는 열차가 어떤 경우에서도 제동을 체결하면 전방의 다른 열차 또는 기타 장애물이 위치한 지점 이전에 정지 할 수 있도록 정확하게 계산되어야 한다.
본 논문에서는 신분당선 선로조건과 열차제어시스템 및 열차성능을 기준으로 안전거리 계산을 위한 안전제동모델과 열차의 이동에 따라 변화되는 안전거리 그리고 선로 변에 존재하는 열차 이동제한 요소를 고려한 열차간격제어 방법을 제시하였다.
또한 안전제동모델과 열차간격제어 방법의 적합성을 확인하기 위해신분당선 강남~정자 구간을 대상으로 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션은 해당구간에서 최소간격, 최대속도로 두 대의 열차를 운행시킨 상태에서 선행열차선행열차에 제동을 체결시키고, 두 대의 열차가 모두 정지한 상태에서 열차간격을 측정하고, 해당구간에 설정된 안전거리와 비교하였다.
시뮬레이션 결과 계산된 안전거리와 동일한 간격을 가지고 열차가 정지함을 확인 하였다. 주행시간 비교결과에서는 실제 주행시간이 약 30초 길게 측정됐으며, 이것은 실제 열차에서 출입문을 개폐하고, 추진시스템이 반응하는 시간으로 확인되었다. 신분당선에서는 이런 결과를 바탕으로 열차 출발에 소요되는 시간 단축을 위해 차상신호장치의 회로를 수정하였으며, 열차 출발에 소요되는 시간(3~4초)을 단축할 수 있었다.
결론적으로 안전제동 모델의 적합성을 확인할 수 있었으며, 열차위치의 불확실성 등을 개선한다면 더욱 최적화된 열차간격제어가 가능할 것으로 판단되었다.
향후 이동폐색시스템의 국산화 개발에 이를 응용하여 적용하면 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
철도신호, 열차제어시스템, 폐색구간, 이동폐색, 안전제동거리, Railway Signal, Moving Block, Train Control System Safe Braking
과거 20년 동안 열차제어시스템은 전 세계적으로 눈에 띄게 성장하였다. 특히, CBTC 및 ETCS 두 기술은 철도시장을 장악하면서 세계적 기준이 되고 있다. ETCS 기술은 유럽 국가 간 열차제어시스템의 상호호환성 확보를 위해 개발되어 고속선 또는 일반철도에 설치되고 있다. 국내 KTX에도 ETCS가 사용되고 있다. 또한 CBTC 기술은 시간당 최대승객 수송을 위해 개발되어 전 세계 도시철도 열차제어시스템에 주로 사용되고 있다. ETCS 기술 대비 CBTC 기술의 장점은 이동폐색방식을 이용한 열차 간격의 최소화이다. 이러한 이동폐색은 ETCS Level 2에는 현재 미적용 상태이지만 ETCS Level 3에는 적용될 예정이다.
이미 국내에도 신분당선, 용인경량전철, 부산-김해경량전철에 CBTC시스템이 설치되어 운영 중이나, 모두 상의한 해외 시스템이 설치되어 운영 및 유지보수에 많은 어려움이 발생하고 있다. 특히 부품 단종에 따른 유지보수비용 증가 그리고 장애원인 파악과 조치에 많은 시간이 걸리는 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제의 해결과 세계 철도시장 변화에 대응하는 국내 기술력 확보를 위해서는 이동폐색을 이용한 열차제어시스템의 국산화가 반드시 필요하다.
이동폐색의 핵심은 선행열차의 위치를 기준으로 후행열차의 목적지를 결정하여 열차 간 최적의 간격을 제어하는 것이다. 따라서 목표지점 결정을 위한 안전거리의 계산이 필요하다. 허용 가능한 최소 안전거리는 열차가 어떤 경우에서도 제동을 체결하면 전방의 다른 열차 또는 기타 장애물이 위치한 지점 이전에 정지 할 수 있도록 정확하게 계산되어야 한다.
본 논문에서는 신분당선 선로조건과 열차제어시스템 및 열차성능을 기준으로 안전거리 계산을 위한 안전제동모델과 열차의 이동에 따라 변화되는 안전거리 그리고 선로 변에 존재하는 열차 이동제한 요소를 고려한 열차간격제어 방법을 제시하였다.
또한 안전제동모델과 열차간격제어 방법의 적합성을 확인하기 위해신분당선 강남~정자 구간을 대상으로 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션은 해당구간에서 최소간격, 최대속도로 두 대의 열차를 운행시킨 상태에서 선행열차선행열차에 제동을 체결시키고, 두 대의 열차가 모두 정지한 상태에서 열차간격을 측정하고, 해당구간에 설정된 안전거리와 비교하였다.
시뮬레이션 결과 계산된 안전거리와 동일한 간격을 가지고 열차가 정지함을 확인 하였다. 주행시간 비교결과에서는 실제 주행시간이 약 30초 길게 측정됐으며, 이것은 실제 열차에서 출입문을 개폐하고, 추진시스템이 반응하는 시간으로 확인되었다. 신분당선에서는 이런 결과를 바탕으로 열차 출발에 소요되는 시간 단축을 위해 차상신호장치의 회로를 수정하였으며, 열차 출발에 소요되는 시간(3~4초)을 단축할 수 있었다.
결론적으로 안전제동 모델의 적합성을 확인할 수 있었으며, 열차위치의 불확실성 등을 개선한다면 더욱 최적화된 열차간격제어가 가능할 것으로 판단되었다.
향후 이동폐색시스템의 국산화 개발에 이를 응용하여 적용하면 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
The train control system has gone through a splendid improvement in the last two decades. Especially, ETCS and CBTC now became two major technologies in the area of the train control system that established international standards to be complied as their market share gets dominant among others. ETCS...
The train control system has gone through a splendid improvement in the last two decades. Especially, ETCS and CBTC now became two major technologies in the area of the train control system that established international standards to be complied as their market share gets dominant among others. ETCS currently implemented in high speed line and mainline was developed with a sole purpose of providing interoperability among train control systems in different European countries. The ETCS is now implemented in KTX as well. CBTC was developed in order to maximize the line capacity in a given time and the current usage of CBTC in urban railway network is worldwide. In comparison with ETCS, CBTC has a technological strength of minimizing the headway between trains with Moving Block System. The Moving Block System is not applied to the current ETCS L2, but ETCS L3 will comprise it.
It has been already few years since the CBTC was introduced to Korean urban railway and implemented in Shinbundang Line, YongIn EverLine and Busan-Gimhae LRT. However, once all signalling systems implemented in Korean urban railway lines are products from foreign manufacturers, a series of difficulties in operating and maintaining the line constantly occurs. Especially, an increment in time expended for identifying failure causes and providing appropriate solutions as well as the cost on maintenance due to discontinuous components are two major issues.
Therefore, a localization of the train control system with moving block system is a key factor to overcome difficulties mentioned above and secure technological competitiveness against constantly changing international railway market.
The kernel in Moving Block System is a control of separation between the head train and the train following afterward. Therefore, a calculation on safety distance is necessary to establish a target point. A minimum acceptable safety distance must be calculated precisely so that trains can stop before they approach to obstacles and trains after the brake application.
In this article, a method to control train separation for destination establishment considering safety brake model for calculating safety distance, safety distance fluctuated with train movement and movement restricting elements of trains on wayside will be proposed with a references from the line condition, train control system and train performance of Shinbundang Line. With a purpose for assessing an accuracy of train separation control method, the author ran a simulation of the section between Gangnam and JeongJa station of the Shinbundang Line.
The simulation was conducted by operating two trains with the minimum train headway and the maximum speed. By the end of the simulation, EB was applied on the head train and distance between them was measured after two trains stopped completely. Then, the result value was compared to the safety distance configured in the given area. Consequently. it was showed that there was no significant difference between the distance from the simulation and safety distance calculated from the safety brake model.
Regarding to the travel time, the actual travel time took thirty seconds longer than the simulated travel time since the simulated travel time didn't take a consideration of the time taken for train door operation and traction system response. Therefore, it could be concluded that the result does not necessarily cause safety degradation. With the result from the simulation, Shinbundang Line could reduce time taken for train departure (by three to four seconds) after modifying the circuit of on-board signaling device.
The author could verify a veracity of the safety brake model and argue that train separation control can be even more optimized upon improvement of inaccuracy in train position detection.
At the end, it is anticipated that the result will provide remarkable contribution to localization of the moving block system.
The train control system has gone through a splendid improvement in the last two decades. Especially, ETCS and CBTC now became two major technologies in the area of the train control system that established international standards to be complied as their market share gets dominant among others. ETCS currently implemented in high speed line and mainline was developed with a sole purpose of providing interoperability among train control systems in different European countries. The ETCS is now implemented in KTX as well. CBTC was developed in order to maximize the line capacity in a given time and the current usage of CBTC in urban railway network is worldwide. In comparison with ETCS, CBTC has a technological strength of minimizing the headway between trains with Moving Block System. The Moving Block System is not applied to the current ETCS L2, but ETCS L3 will comprise it.
It has been already few years since the CBTC was introduced to Korean urban railway and implemented in Shinbundang Line, YongIn EverLine and Busan-Gimhae LRT. However, once all signalling systems implemented in Korean urban railway lines are products from foreign manufacturers, a series of difficulties in operating and maintaining the line constantly occurs. Especially, an increment in time expended for identifying failure causes and providing appropriate solutions as well as the cost on maintenance due to discontinuous components are two major issues.
Therefore, a localization of the train control system with moving block system is a key factor to overcome difficulties mentioned above and secure technological competitiveness against constantly changing international railway market.
The kernel in Moving Block System is a control of separation between the head train and the train following afterward. Therefore, a calculation on safety distance is necessary to establish a target point. A minimum acceptable safety distance must be calculated precisely so that trains can stop before they approach to obstacles and trains after the brake application.
In this article, a method to control train separation for destination establishment considering safety brake model for calculating safety distance, safety distance fluctuated with train movement and movement restricting elements of trains on wayside will be proposed with a references from the line condition, train control system and train performance of Shinbundang Line. With a purpose for assessing an accuracy of train separation control method, the author ran a simulation of the section between Gangnam and JeongJa station of the Shinbundang Line.
The simulation was conducted by operating two trains with the minimum train headway and the maximum speed. By the end of the simulation, EB was applied on the head train and distance between them was measured after two trains stopped completely. Then, the result value was compared to the safety distance configured in the given area. Consequently. it was showed that there was no significant difference between the distance from the simulation and safety distance calculated from the safety brake model.
Regarding to the travel time, the actual travel time took thirty seconds longer than the simulated travel time since the simulated travel time didn't take a consideration of the time taken for train door operation and traction system response. Therefore, it could be concluded that the result does not necessarily cause safety degradation. With the result from the simulation, Shinbundang Line could reduce time taken for train departure (by three to four seconds) after modifying the circuit of on-board signaling device.
The author could verify a veracity of the safety brake model and argue that train separation control can be even more optimized upon improvement of inaccuracy in train position detection.
At the end, it is anticipated that the result will provide remarkable contribution to localization of the moving block system.
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