[논문]기존선 속도 향상을 위한 발리스를 이용하는 열차간격제어 기술에 대한 연구

백종현; 이창구

doi:10.5762/kais.2009.10.2.256

초록
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한국철도공사에서는 기존선의 신호시스템을 지상의 ATS 시스템에 의한 신호 현시에 따라 운전자가 제한속도 이내로 열차를 운전하던 방식에서 지상의 발리스로부터 이동권한을 전송받아 차상신호시스템(ATP)에서 Speed Profile을 생성하여 운전하는 Bombardier Transport사의 ATP 시스템으로 개량하고 있다. 한국철도기술연구원에서는 기존선의 속도 향상을 위해 틸팅열차를 개발하여 10만 km 주행시험 중이며, 중앙선에 투입이 가시화되고 있다. 이러한 틸팅열차를 ATP 시스템에 의해 운전할 때 곡선구간에서 현재 제한되어지고 있는 곡선부 통과 속도를 증속하는 것이 쉽지 않은 형편이다. 따라서 향후 ATP 시스템의 국산화 개발이 이루어질 것을 대비하여 선행적으로 ATP 시스템의 핵심 기술인 선행열차에 따른 후행열차의 안전제동모델 및 열차간격제어 기술을 연구 개발할 필요성이 있다. 본 논문에서는 이를 위하여 발리스를 이용하는 ATP 시스템의 안전제동모델 및 열차간격제어 기술을 개발하고 그 성능을 시뮬레이션 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

KORAIL carries out an improvement project of railway signaling system for the conventional line from the existing method which permits a train to move within limited speed the ground signal of ATS(Automatic Train Stop) system. The proposed system makes possible that a train can be driven using a spe...

KORAIL carries out an improvement project of railway signaling system for the conventional line from the existing method which permits a train to move within limited speed the ground signal of ATS(Automatic Train Stop) system. The proposed system makes possible that a train can be driven using a speed profile created by onboard signaling system(ATP) with the movement authority from ground balise. A driving test over 100,000km is being executed by developing a tilting train for the speed elevation on the conventional line. And, the introduction of the tilting train by ATP system to the Jung-ang line is expected. However, a speed elevation on a curved line section has a restriction. Therefore, research on safety braking model and train separation control technology for the localization of ATP system is required preferentially. In this paper, we presented a safety braking model of ATP system and a train separation control method that use ground balise as variable information provider, and executed a performance simulation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 향후 유지보수를 고려하더라도 ATP 시스템에 대한 국산화는 반드시 필요할 것이다. 본 논문에서는 이러한 ATP 시스템의 국산화에 앞서 Distance to go 기능의 핵심요소인 안전제동모델을 수립하고 선행 열차와의 효율적인 간격 제어를 위한 열차간격제어기술에 대해 연구하여 시뮬레이션 하였다[1, 2, 6, 8, 9],
따라서 국내의 도시철도 신호시스템은 세계 여러 회사의 제품 전시장을 방불케 하고 있을 뿐만 아니라, 국내 간선철도의 신호시스템 역시 스웨덴 Bombardier Transports] ATP 시스템으로 개량하고 있기 때문에 향후 유지보수의 어 려움 및 기술 종속의 문제가 예상되고, 이에 국산화 개발 압력이 점차 높아지고 있다. 본 논문에서는 이러한 배경을 바탕으로 하여 ATP 시스템의 국산화 개발을 추진할 때 요구되는 핵심적인 부분인 안전제동모델을 도출하고 열차간격제어 기술을 개발하였다. 본 논문에서 개발된 안전제동모델은 선행 열차와 후행열차의 속도차를 비교적 간단한 식에 대입해서 실시간으로 후행열차가 가져야 되는 가속도를 산출한다.

제안 방법

본 논문에서는 이러한 배경을 바탕으로 하여 ATP 시스템의 국산화 개발을 추진할 때 요구되는 핵심적인 부분인 안전제동모델을 도출하고 열차간격제어 기술을 개발하였다. 본 논문에서 개발된 안전제동모델은 선행 열차와 후행열차의 속도차를 비교적 간단한 식에 대입해서 실시간으로 후행열차가 가져야 되는 가속도를 산출한다. 그에 따라 승차감에 영향을 주지 않고 안전하게 운행할 수 있을 것이다.
열차의 운행속도가 선로제한속도를 넘지 않도록 하기 위해 목표속도를 선로제한속도로 정하였다. 그림 7의 선로 제한속도에 의한 안전제동모델에서 보여주는 바와 같이 열차가 진행하고자 하는 다음 선로의 제한속도와 남은 거리를 확인하고, 열차가 다음 선로의 황색구간에 침범했을 때 감속을 시작하도록 한다.

대상 데이터

본 논문에서 연구된 열차간격제어 기술의 안전제동모델을 시뮬레이션하기 위해 대상으로 선정한 노선은 서울 -시흥 구간이다. 이 구간은 KTX와 기존의 새마을호, 무궁화호, 화물열차 등이 복합적으로 운행되는 구간으로서 현재 한국철도의 대표적인 병목구간이기 때문이다.
이 구간은 KTX와 기존의 새마을호, 무궁화호, 화물열차 등이 복합적으로 운행되는 구간으로서 현재 한국철도의 대표적인 병목구간이기 때문이다. 시뮬레이션을 위해 적용된 서울-시흥 구간의 선로 데이터에 대한 도식적 구조는 다음의 그림 10과 같다[1].

성능/효과

6.2절의 시뮬레이션 결과에서와 같이 서울시흥 구간을 대상으로 하여 본 논문에서 연구된 발리스를 이용하는 안전제동모델을 적용한 결과 선행열차에 대한 후행 열차의 간격제어가 적합하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. 서울-시흥 구간 열차 운행 시 선행열차가 후행 열차보다 성능이 떨어지(무궁화KTX의 경우와 같이) 경우에도 두 열차가 서로에게 영향을 주지 않은 범위에서 최소 4분까지 운전시격을 단축시킬 수 있었다.
그림 14부터 15까지의 결과는 현재 한국철도공사에서 서울.시흥 구간을 실제로 운행하는 시간표대로 열차를 출발시켜 시뮬레이션한 것으로 선행열차와 후행 열차 사이에 충분한 여유가 있음을 확인할 수 있었고, 그림 16은 현재 운행되는 시간표보다 운행시격을 줄여 KTX, 새마을, 무궁화, KTX의 차례로 첫 열차가 출발한 후 3분, 6분, 11분 후에 각각 출발시켜 시뮬레이션한 결과로서 선행열차에 대해 후행열차가 아무런 영향 없이 진행하는 것을 알 수 있었다.

후속연구

국내에서도 기존선의 고속회를 위한 활동이 기존선 전철화 및 고속철도 연계 운행을 위한 시설물 정비 사업과 함께 병행하여 전개되고 있으며, 한국철도공사에서는 철도의 고속, 고밀도 운행을 대비하여 경부, 호남선구 고속 열차의 기존선 운행 구간 및 주요간선 전철화 구간의 열차 운영 체계를 기존의 ATS 시스템에 의한 Speed step 지상신호방식에서 ATP 시스템에 의한 Distance to go 가능을 갖는 차상신호방식으로 최소의 시설 개량을 통해 건설함으로서 열차의 안전 및 운행효율을 향상시키고 개량 및 유지보수 비용을 절감함으로서 철도 기술 발전 및 경영 개선을 목적으로 하는 차상 신호시스템 구축사업을 2004년부터 추진하고 있다. 따라서 한국철도기술연구원에서 기존선의 열차 운행 속도 향상을 위해 개발하여 10만km 주행시험을 진행하고 있는 틸팅열차에도 한국철도공사에서 추진하고 있는 ATP 구축사업에 사용된 동일한 ATP 차상장치를 설치하여 시험할 예정이다. 그러나 이러한 ATP 시스템은 국내 자체 기술로 만들어진 제품이 아니기 때문에 틸팅열차의 특성에 따른 일부 기능 및 인터페이스의 변경이 불가능하다.
그러나 이러한 ATP 시스템은 국내 자체 기술로 만들어진 제품이 아니기 때문에 틸팅열차의 특성에 따른 일부 기능 및 인터페이스의 변경이 불가능하다. 또한 향후 유지보수를 고려하더라도 ATP 시스템에 대한 국산화는 반드시 필요할 것이다. 본 논문에서는 이러한 ATP 시스템의 국산화에 앞서 Distance to go 기능의 핵심요소인 안전제동모델을 수립하고 선행 열차와의 효율적인 간격 제어를 위한 열차간격제어기술에 대해 연구하여 시뮬레이션 하였다[1, 2, 6, 8, 9],
그에 따라 승차감에 영향을 주지 않고 안전하게 운행할 수 있을 것이다. 이러한 안전제동모델은 향후 ATP 시스템의 국산화 개발 시에 이를 응용하여 적용하는데 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
10만km 주행시험을 진행하고 있다. 이러한 틸팅열차에도 한국철도공사에서 추진하고 있는 ATP 구축사업에서 사용되는 것과 동일한 ATP 차상장치를 설치하여 시험할 예정이다. 그러나 이러한 ATP 시스템은 국내 자체 기술로 만들어진 제품이 아니기 때문에 곡선 구간에서의 증속이 가능하도록 구현된 틸팅 열차의 특성을 발휘하기 어렵다.

참고문헌 (9)

이재호, 김용규, 백종현외(2005), "철도시스템 Smart 기술 연구" 한국철도기술연구원 2005년 기본연구사업 보고서, 차세대 Flexible 열차제어기술 분야 pp.5-23.
김용규, 백종현(2007), "기존선 속도향상을 위한 신호 보안체계 최적구축방안 연구" 한국철도기술연구원 철도기술연구개발사업(국토해양부) 최종연구보고서. pp.1-5.
김승용, 이창구, 김용규, 백종현(2004), "이동 폐색구간 열차시스템에서 이동권한 설정 알고리즘" 2004년 대한전기학회 하계학술대회 논문집.
백종현, 김용규(2007), "이동권한을 이용한 제어에 대한 연구" 2007년 대한전기학회 하계학술대회 논문집.
"철도신호용어편람" 철도청, 한국철도신호기술협회 용어편람, pp.210-211.
"Korea train transportation policy's course of MBS.", Ministry of Construction & Transportation (Korea).
SAMSUNG SDS, KORAIL "MBS example equipment construction Model of braking safety "
Y.G. Kim, "유럽 철도망 통합을 위한 ERTMS 프로젝트 추진 현황" Korea railroad research institute. 2001.5
ADTRANZ, ALCATEL, ALSTOM, ANSALDO SIGNAL, INVENSYS RAIL, SIEMENS "System Requirements Specification. ERTMS/ETCS - classl" Quic.2003.

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