본 연구에서는 철도 선로용량 산정 관련 다양한 기존 연구들을 재검토한다. 국내외에서 대표적인 이 분야 3가지 방법(야마기시, UIC 및 TCRP 방법)들을 사례와 함께 설명한다. 먼저 국내에서 가장 많이 활용되는 방식이면서도 각 단계에 대해 명확하게 이해되지 않았던 야마기시 방법의 산식 전개과정을 명확하게 제시한다. 또한, 다양한 해석적 방법의 하나로써 이 방법의 발전적 활용방안을 제시한다. 다음 최근 유럽에서 표준적으로 사용되는 UIC 406 방법의 제정 과정과 적용 방법을 설명한다. 마지막으로 도시철도의 수송용량 분석에 주로 활용되는 TCRP 방법의 특징을 설명하고, 이 3가지 방법의 특징을 비교 분석한다. 본 논문은 이 분야 현업 종사자들이 현재 사용 중인 철도 선로용량 산식에 대한 이해를 향상하고, 국제적으로 통용되는 방법의 국내 적용 활성화에 기여할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 철도 선로용량 산정 관련 다양한 기존 연구들을 재검토한다. 국내외에서 대표적인 이 분야 3가지 방법(야마기시, UIC 및 TCRP 방법)들을 사례와 함께 설명한다. 먼저 국내에서 가장 많이 활용되는 방식이면서도 각 단계에 대해 명확하게 이해되지 않았던 야마기시 방법의 산식 전개과정을 명확하게 제시한다. 또한, 다양한 해석적 방법의 하나로써 이 방법의 발전적 활용방안을 제시한다. 다음 최근 유럽에서 표준적으로 사용되는 UIC 406 방법의 제정 과정과 적용 방법을 설명한다. 마지막으로 도시철도의 수송용량 분석에 주로 활용되는 TCRP 방법의 특징을 설명하고, 이 3가지 방법의 특징을 비교 분석한다. 본 논문은 이 분야 현업 종사자들이 현재 사용 중인 철도 선로용량 산식에 대한 이해를 향상하고, 국제적으로 통용되는 방법의 국내 적용 활성화에 기여할 것으로 판단된다.
In this paper, we review a variety of state-of-the-art research on assessment of the railway track capacity. We address the three well-known methods (Yamagishi, UIC 406, and TCRP-13) with individual case study in this research field. First, we explicitly present every derivation-step of the Yamagish...
In this paper, we review a variety of state-of-the-art research on assessment of the railway track capacity. We address the three well-known methods (Yamagishi, UIC 406, and TCRP-13) with individual case study in this research field. First, we explicitly present every derivation-step of the Yamagishi equations that has been most frequently applied in the Korean railway without clear understanding for it. Further, we present a prospective application scheme of the method as an analytic assessment method. Second, we address establishing process of UIC 406 standard and its application method, which is known as the standard method in Europe. Finally, we address the method and application of TCRP-13, and present comparison between the three methods. This paper is expected to contribute for improving understand on the in-using equations and methods in practice as well as for activating application of the internationally well-used method to the Korean railway.
In this paper, we review a variety of state-of-the-art research on assessment of the railway track capacity. We address the three well-known methods (Yamagishi, UIC 406, and TCRP-13) with individual case study in this research field. First, we explicitly present every derivation-step of the Yamagishi equations that has been most frequently applied in the Korean railway without clear understanding for it. Further, we present a prospective application scheme of the method as an analytic assessment method. Second, we address establishing process of UIC 406 standard and its application method, which is known as the standard method in Europe. Finally, we address the method and application of TCRP-13, and present comparison between the three methods. This paper is expected to contribute for improving understand on the in-using equations and methods in practice as well as for activating application of the internationally well-used method to the Korean railway.
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문제 정의
본 논문에서는 야마기시 데루오의 원전 대신 일본국유철도 운수총국의 자료[9]를 중심으로 설명한다. 사실상 국내 관련분야 기존 문헌들[1-7]에서 야마기시 방법으로 제시하고 있는 대부분의 산식들은 참고문헌[9]에서 소개하고 있다.
첫째, 국내 선로용량 산정 연구는 주로 야마기시 방법을 중심으로 이루어지고 있다. 본 논문에서는 이 산식들의 전개 과정들을 자세하게 고찰하여, 이 산식들을 현업에서 적용할 경우 보다 깊은 이해를 바탕으로 개별적인 상황에 적합한 활용에 기여하고자 하였다.
사실상 국내 관련분야 기존 문헌들[1-7]에서 야마기시 방법으로 제시하고 있는 대부분의 산식들은 참고문헌[9]에서 소개하고 있다. 본 논문은 기존 문헌에서 이 산식들의 정립 및 전개 과정이 가장 불명확하게 다루어진 자동폐색장치를 설치한 복선구간의 선로용량 산식에 대해 자세히 설명한다. 먼저 1일 (T= 1440분)은 식 (3)과 같이 ‘(저속도 열차 횟수) × (저속도열차 시격) + 저속도 열차 대피에 따른 추가 지연시분’으로 표시될 수 있다.
본 논문은 위 분과에서 발표된 주제발표 자료 중 하나인 ‘철도용량관련 국내외 연구현황[1]’을 보완하여 장래 철도용량편람 제정 작업이 진행될 경우 다양한 국내외 연구 사례의 고찰 및 분석 결과를 제공하고, 이 분야의 국제적 발전방향에 부합하는 철도용량편람 제정 방향 제시를 목적으로 한다.
그러나 국내 연구자들이 이 방법의 원문을 확인하기 어려워 산식들에 대한 이해와 각 산식간의 연관 관계를 파악하기 어려운 실정이다. 본 논문은 이 방법의 산식 전개과정을 자세히 고찰하고, 산식의 적용 방법을 설명하여 이 방법에 대한 이해를 넓히고자 한다.
18, 목포)에서 우리나라 철도용량편람 제정의 필요성과 방향에 대한 토론을 위해 특별 분과를 개최하였다. 이 분과에서는 국내 공인된 철도 선로용량 산정 절차로서 철도용량편람의 제정 필요성을 살펴보고 구체적인 제정 방향에 대한 논의를 목적으로 하였다.
지금까지 국내 철도 선로용량 산정에서 자주 활용되는 야마기시 방법의 산식 전개과정에 대해 고찰 하였다. 위와 같은 전개과정의 이해와 별도로 이 산식들을 통해 산정된 결과값이 갖는 의미는 아직 토론의 여지가 남아있다고 본다.
제안 방법
국내외에서 철도 선로용량 산정에 가장 광범위하게 활용되는 3 가지 방법들을 상호 비교 · 분석하고, 국내 적용의 활성화를 위한 시사점들을 제시한다.
다음에 제시하는 (사례 2)는 판교~여주 철도건설선에 대해 UIC 406 방법에 따른 선로용량을 독일 RMCON에서 개발한 소프트웨어(Railsys®)를 사용하여 산정한 절차와 방법이다.
또한, 이 방법의 한계점을 파악하고, 유럽에서 표준적인 방법으로 채택되고 있는 UIC 406[13]에 의한 방법과 미국의 도시철도를 중심으로 한 TCRP 13[14]에 의한 방법을 고찰하여, 기존 방법의 발전적 활용방안을 제시한다. 특히, UIC 406에 의한 철도 선로용량 평가 방법의 핵심인 열차 시각표 압축(Timetable compression) 과정을 국내 사례를 들어 설명한다.
Ramunas, Gailiene와 Podagelis [29]은 선로용량에 영향을 미치는 다양한 요소들을 정성적으로 설명하고 있다. 선로의 증설없이 선로용량을 증대하는 방안으로 기관차의 견인력 향상, 속도제한이 높은 분기기의 사용 등을 제안한다. 또한 시설관리자와 철도운영자의 분리는 선로이용측면에서 불리하다는 주장도 함께 제시하고 있다.
Stok [21]는 그의 박사학위 논문에서 ‘Stochastic Differential Equation (SDE)’을 이용한 열차 주행모델 수립하고 주어진 열차 시각표의 (지연)위험(Risk) 분석체계를 제시했다. 이 분석체계를 통해 UIC 406의 선로의 폐색구간별 점유시간(Block occupation time)의 확률적 버전을 제시하였다.
대상 데이터
(사례 2) 판교~여주 철도건설선, 총 연장 : 56.01km, 총 역수 : 11 역, 최고운행속도 250km/h의 고속 급행열차와 120km/h의 저속 완행열차가 운행. 차상거리 연산제어 ATP 신호시스템.
이론/모형
정거장의 선로용량 분석은 분기기와 복잡한 배선관계 때문에 정거장 외 구간의 분석보다 복잡하다고 한다. 패트리 넷으로 모델링된 정거장 선로용량 문제는 시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)알고리즘 해법을 적용하였다.
성능/효과
먼저 Emery [32]는 기존 UIC 406에서 거론하는 4가지 기본 파라메터들은 대부분(Heterogenity, Stability, Average speed) 정량화하기 어려운 개념으로서 선로용량 사용량과 정량적인 연관관계를 분석하기 어려운 점을 지적한다. 이 논문에서는, 스위스의 88개 단선 노선에 대한 사례분석을 통해, 단선 노선의 선로용량 평가의 경우, 기존 UIC 406에서 언급한 4가지 파라메터들에 비해 주요 교행역(Crossing station) 사이의 운행시간, 중간역 정차시간, 열차종별의 혼합, 교행역 사이 핵심구간(Critical section)을 구분하는 폐색 구간의 수 그리고 교행하는 방향의 순서 등과 같은 파라메터들이 오히려 큰 영향을 미친다고 주장하고 있다.
둘째, 최근 실용적인 목적의 철도 선로용량 산정법에 대한 연구는 유럽을 중심으로 UIC 406 방법을 활용하여 이루어지고 있다. 이때 해석적 방법은 UIC 406 방법을 사용한 철도 선로용량 분석 방법의 출발점으로서 적합할 것으로 판단된다. 이 방법과 관련한 최근 연구 동향은 현행 UIC 406방법의 문제점들을 도출하고, 이를 극복하기 위한 대안 제시의 방향으로 진행되고 있다.
후속연구
3절에서는 국내에서 활용도가 높은 야마기시 방법의 산식 전개과정을 자세히 고찰한다. 또한, 이 방법의 한계점을 파악하고, 한계점 극복을 위한 해외 철도 선로용량 산정 방법 적용방안을 제시한다. 4절에서는 UIC 방법에 대해 고찰한다.
TCRP-13의 방법은 도시철도의 수송용량 산정에 매우 적합한 방법으로 판단되나 지역간 철도와 같이 열차종별이 다양한 노선에 적용할 경우 다른 2가지 방법을 같이 고려해야할 것으로 판단된다. 마지막으로 UIC 406 방법은 복잡한 노선과 운영환경에서 현실에서 발생하는 매우 구체적인 상황을 고려한 선로용량 평가가 가능할 것으로 판단된다.
마지막으로, 철도 선로용량의 산정 및 평가 과정에서 운영 · 서비스의 신뢰도와 관련된 부분이 함께 연구될 필요가 있다. 이는 지난 춘계학술대회 정책운영분과위원회 분과회의에서도 거론된 바 있다.
야마기시 산식의 결과 값에 대한 이해를 일반화하기 위해서는 (사례 1)에서 제시하는 기초자료에 열차종별간 혼합 및 추월 · 대피 방식에 대한 정보가 추가적으로 보완될 필요가 있다.
먼저 야마기시 방법은 다른 해석적 산식에 비해 비교적 다양한 운영적 상황을 고려하면서도 해석적 산식이 갖는 편리성의 장점을 동시에 갖고 있다. 이는 UIC 406 방법 등 보다 구체적인 분석의 좋은 출발점이 될 수 있을 것으로 판단된다. TCRP-13의 방법은 도시철도의 수송용량 산정에 매우 적합한 방법으로 판단되나 지역간 철도와 같이 열차종별이 다양한 노선에 적용할 경우 다른 2가지 방법을 같이 고려해야할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 철도 선로용량 산정의 주요 방법으로 활용되는 것은?
국내에서 철도 선로용량 산정의 주요 방법으로 야마기시 방법이 활용되고 있다. 그러나 국내 연구자들이 이 방법의 원문을 확인하기 어려워 산식들에 대한 이해와 각 산식간의 연관 관계를 파악하기 어려운 실정이다.
야마기시 방법의 장점은?
먼저 야마기시 방법은 다른 해석적 산식에 비해 비교적 다양한 운영적 상황을 고려하면서도 해석적 산식이 갖는 편리성의 장점을 동시에 갖고 있다. 이는 UIC 406 방법 등 보다 구체적인 분석의 좋은 출발점이 될 수 있을 것으로 판단된다.
야마기시 방법의 한계를 보완하기 위한 방법은?
또한, 이 방법의 한계점을 파악하고, 유럽에서 표준적인 방법으로 채택되고 있는 UIC 406[13]에 의한 방법과 미국의 도시철도를 중심으로 한 TCRP 13[14]에 의한 방법을 고찰하여, 기존 방법의 발전적 활용방안을 제시한다. 특히, UIC 406에 의한 철도 선로용량 평가 방법의 핵심인 열차 시각표 압축(Timetable compression) 과정을 국내 사례를 들어 설명한다.
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