[논문]하이브리드 궤도회로 시험방법 및 절차에 관한 연구

권부석; 정호형; 이기서; 이창룡

doi:10.13067/jkiecs.2014.9.3.335

하이브리드 궤도회로 시험방법 및 절차에 관한 연구
Study on Test methods and Procedures of Hybrid Track Circuit 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.9 no.3, 2014년, pp.335 - 342

권부석 (서울메트로 기술연구원) , 정호형 (서울메트로 기술연구원) , 이기서 (광운대학교 로봇학부) , 이창룡 (광운대학교 대학원)

초록
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본 논문에서는 하이브리드 궤도회로(Hybrid Track Circuit : HTC)의 실용화를 위한 시험방법과 그 절차에 대하여 연구하였다. 침목이나 도상 등 다양하고 특수한 선로 환경과 RFID 태그와 리더기, 안테나 구조를 고려한 시험방법을 제시함으로서 하이브리드 궤도회로의 서울메트로 구간 시범설치와 고속열차 구간 적용 연구에 활용이 가능하다. 또한 하이브리드 궤도회로 개발 프로젝트의 산출물 간 인터페이스와 설치방법 및 시험절차 등 안전하고 신뢰성 높은 결과를 도출하기 위한 방법을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper We study on test methods and procedures for Hybrid Track Circuit's practicalization. It's possible to apply to HTC's Seoulmetro and high-speed train by proposing test method considering special rail environment and RFID tag and leader, antenna We also present the test methods and proce...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 철도용 RFID 태그와 리더 안테나를 이용한 하이브리드 궤도회로 시제품의 현장 적용을 위한 테스트베드의 구축, 최상의 측정값을 도출하기 위한 현장시험 방안과 그 절차에 대하여 고찰하였다.
본 논문에서는 현재 진행 중인 하이브리드 궤도회로 개발 연구의 시제품의 현장 적용을 위한 Test-bed 구축 및 실차시험 전 모터카를 이용한 시험방법과 그 절차에 대하여 분석하고자 한다.
이러한 당면 과제를 해결하기 위한 기술개발 정책의 일환으로 하이브리드 궤도회로 개발 연구가 시작되었으며 장치에 대한 검증과 안전성 평가가 진행 중이다. 하이브리드 궤도회로 개발의 목표는 소프트웨어와 UHF 대역의 RFID 리더 안테나 기술을 결합하여 TAG를 이용한 새로운 ATO (Automatic Train Operation) / ATP(Automatic Train Protection) / ATC(Automatic Train Control)용 궤도회로 방식을 제시하여 첨단기술인 무선통신기반열차제어 방식 등에 적용함으로써 철도신호 기술의 해외의존도를 탈피하고 철도신호시스템의 핵심기술을 국산화하는 것이다.
하이브리드 궤도회로 시제품의 현장 적용 시험을 위해서 고려해야 할 사항으로는 시험 구간의 주파수 간섭 최소화 및 다양한 속도의 측정이 가능하고 차량의 탈선 방지, 설치와 철거 작업 시간 등이 있으며 본 사항을 만족할 수 있는 최적의 시험 환경 조건을 고려하여 분석하고자 한다.

제안 방법

신정차량기지 시험을 통해서 도출한 최적의 인식률 값을 적용하여 리더의 출력파워는 30db, 안테나는 이득 6dBi의 성능을 가지는 일체형 리더기를 사용하였고 높이는 태그로부터 50Cm로 세팅하여 2호선 강변역과 잠실나루역 사이의 직선구간에서 진행하였다. RFID 리더를 모터카에 장착 후 선로 바닥에 태그를 설치하여 모터카의 속도에 따른 태그의 인식 성능을 테스트 하였다.
일반적인 리더기 안테나는 원형편파 안테나를 사용하고 리더기와 안테나가 개별적으로 존재를 한다. 그러나 본 개발에서는 원형편파 및 선형편파 안테나를 설계 및 개발하고, 안테나와 리더기를 하나의 시스템으로 구현한 일체형 리더 및 안테나는 송수신 겸용으로 사용하는 한개 안테나와 3개의 수신전용 안테나를 개발하였다. 리더기는 4채널로 제작되었으며 이는 태그를 읽기 위한 범위를 확장하고, 태그 인식률을 개선하기 위함이다[6].
따라서 차상에 설치되는 RFID 리더 안테나에 사용되는 재료와 부품은 고강도의 금속재질의 재료를 사용하여 외부의 열악한(부식 및 변형) 환경 변화에 의한 변형 방지 및 특히 충격 및 진동으로부터 내구성을 갖도록 제작하였다.
따라서 잠실철교에서 서울메트로 영업 종료 후 짧은 시간 안에 테스트의 완료를 위해서는 최상의 인식률을 도출할 수 있는 리더기의 세팅이 필요하다. 먼저 리더기의 출력 파워와 안테나 높이에 따른 태그 인식률을 확인하기 위해 테스트가 비교적 여유로운 서울 메트로 신정차량기지 시험선에서 모터카 속도와 리더기의 출력 파워를 변경하면서 시험하였다. 그림 6(a)와 같이 모터카의 속도는 10Km/h 주행 시에는 출력 파워에 관계없이 95% 이상의 인식률을 나타내었고 속도가 빨라질수록 출력 파워에 따른 인식률의 차이가 큰 편이었다.
먼저 하이브리드 궤도회로의 설치를 위한 지상 테스트 베드는 궤도회로의 구성을 위해 레일과 침목에 설치되는 신호제어 케이블과 이동통신을 위한 기지국 및 터널의 폐쇄성으로 인한 동일한 대역의 연속적인 주파수 간섭의 피해를 최소화할 수 있는 구간을 우선적으로 고려하였다.
신정차량기지 시험을 통해서 도출한 최적의 인식률 값을 적용하여 리더의 출력파워는 30db, 안테나는 이득 6dBi의 성능을 가지는 일체형 리더기를 사용하였고 높이는 태그로부터 50Cm로 세팅하여 2호선 강변역과 잠실나루역 사이의 직선구간에서 진행하였다. RFID 리더를 모터카에 장착 후 선로 바닥에 태그를 설치하여 모터카의 속도에 따른 태그의 인식 성능을 테스트 하였다.
안테나를 설치하기 위한 취부대는 리더기 (Antenna)의 크기와 지상 태그(Tag)와의 높이, 수평, 각도, 등 여러 가지 요소들을 감안하여 설계하였다. 시험에 사용되는 차량의 크기 및 높이 등의 규격이 상이하더라도 차상안테나인 리더기의 원할한 설치를 위해 리더기가 부착되는 취부대는 1cm 단위로 높이 조절이 가능하도록 제작하였으며 구조는 최대한 단순한 형태의 모형으로 제작하였다[6].

대상 데이터

또한 테스트에 사용하는 차량은 96년도에 제작한 H07C형 모터카(L=5500mm, W=2500mm, H=3150mm, T=10ton, HP=130)를 사용하였는데 충분한 테스트 거리 확보가 필요하며 테스트 거리는 가속거리, 태그설치거리, 제동거리로 구분할 수 있다[7].
위와 같은 사항들을 고려하여 본 연구에서는 하이브리드 궤도회로의 도시철도 구간 내 현장 적용을 위해 2호선 잠실철교(강변~잠실나루) 구간으로 결정하였다. 시험 구간은 곡선 구간이 없어 태그의 간격을 일정하게 취부하여 안테나의 인식률을 최대화 할 수 있으며 콘크리트 도상위에 RC침목으로 이루어져 모터카의 진동에 의해 태그의 위치가 틀어짐을 최소화 할 수 있다.

성능/효과

그러나 50Km/h와 60Km/h의 속도 에서는 각각 99 %와 94 %의 태그 인식률을 나타내었다. 50 km/h 이상의 속도에서 발생하는 인식률 저하를 보완하기 위하여 태그를 2M 및 5M 간격으로 변경하여 테스트 한 결과 그림 7(b)와 같이 5M 간격으로 설치 시 50 Km/h 이상의 속도에서 가장 높은 98 %의 태그 인식률을 나타내어 태그 간격의 조정으로 RFID 시스템의 태그 인식 성능 차이를 확인할 수 있었다
모터카 속도에 따른 RFID 태그의 인식률에 대한 테스트 결과를 그림 7(a)에 나타내었다. 10Km/h에서 60Km/h까지 5Km/h 단위, 태그의 간격은 1m로 설치한 후 각각의 지정속도를 유지하며 태그를 인식한 결과 45 km/h 이하의 속도에서는 100 %의 태그 인식률을 나타내었다. 그러나 50Km/h와 60Km/h의 속도 에서는 각각 99 %와 94 %의 태그 인식률을 나타내었다.
따라서 테스트에 필요한 최소 거리는 가속거리 146.8M, 태그설치거리 500M, 제동거리 142.9M로 총 789.7M가 필요하다.
모터카를 이용한 테스트를 통해 지상의 태그 인식률을 높이기 위한 태그와의 안테나 설치 거리 및 리더기 출력파워 값을 알 수 있었고 태그 간 간격 조정으로 속도 변화에 따른 태그 인식률 저하의 보상을 확인할 수 있었다.
위와 같은 사항들을 고려하여 본 연구에서는 하이브리드 궤도회로의 도시철도 구간 내 현장 적용을 위해 2호선 잠실철교(강변~잠실나루) 구간으로 결정하였다. 시험 구간은 곡선 구간이 없어 태그의 간격을 일정하게 취부하여 안테나의 인식률을 최대화 할 수 있으며 콘크리트 도상위에 RC침목으로 이루어져 모터카의 진동에 의해 태그의 위치가 틀어짐을 최소화 할 수 있다. 또한 직선 구간이고 잠실철교의 구배를 고려했을 때 모터카의 최고 속도(70Km/h) 운행이 가능하며 그림 3.

후속연구

또한 모터카를 이용한 시험의 결과 값을 바탕으로 작성된 데이터들은 추후 전동차 등 영업 운행을 위한 일반 철도 차량에 적용 시에는 각 철도 차량의 제원 및 제동 특성 파악 등 새로운 설정을 통해 최적의 테스트 환경을 구축 시 참고할 수 있다.
본 논문을 통해 도출한 데이터는 발리스와 같이 기존 중량열차에 사용하던 RFID 기술을 경량열차 및 트램 등에 적용하고 철도환경 표준화 적용 및 하이브리드 궤도회로의 상용화 시 판단할 수 있는 근거 자료로 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하이브리드 궤도회로 개발의 목표는 무엇인가?	이러한 당면 과제를 해결하기 위한 기술개발 정책의 일환으로 하이브리드 궤도회로 개발 연구가 시작되었으며 장치에 대한 검증과 안전성 평가가 진행 중이다. 하이브리드 궤도회로 개발의 목표는 소프트웨어와 UHF 대역의 RFID 리더 안테나 기술을 결합하여 TAG를 이용한 새로운 ATO (Automatic Train Operation) / ATP(Automatic Train Protection) / ATC(Automatic Train Control)용 궤도회로 방식을 제시하여 첨단기술인 무선통신기반열차제어 방식 등에 적용함으로써 철도신호 기술의 해외의존도를 탈피하고 철도신호시스템의 핵심기술을 국산화하는 것이다.
	RFID란 무엇인가?	RFID(Radio Frequency IDentification)는 IC칩과 무선을 통해 다양한 개체의 정보를 관리할 수 있는 인식 기술을 지칭한다. RFID는 판독 및 해독 기능을 하는 판독기(Reader)와 정보를 제공하는 태그(Tag)로 구성되는데, 유통, 물류, 기록관리 등 굉장히 다양한 분야에 활용 및 확장되고 있다.

참고문헌 (9)

M.-S. Kang, E.-B. Jung, and K.-S. Lee, "A Study on the Optimal Train Recognition Ratio Instrumentation based on RFID," J. of The Korean Society of Railway, vol. 10, no. 6, Dec. 2007, pp. 633-639.
C.-L. Li, H.-H. Jung, S.-H. Oh, H.-S. Yun, Y.-S. Ko, and K.-S. Lee, "A Study on Hybrid Track Circiut in Railway Signalling System," Conf. of The Korean Institute of Electronic Communication Science, Nov. 2011, pp. 211-214.
C.-L. Li, K.-S. Lee, D.-I. Yang, S.-H. Oh, H.-H. Jung, and J. Kim, "A Study on Safety Analysis of Hybrid Track Circuit," Conf. of The Korean Society of Railway, Nov. 2013, pp. 843-847.
I.-S. Kim and C.-S. Kim, "Anti-Collision Algorithm for High-Speed Tags in Active RFID System," J. of The Korean Institute of Electronic Communication Science, vol. 8, no. 12, Dec. 2013, pp. 1891-1903.

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H.-H. Jung, Y.-O. Ko, C.-L. Li, and K.-S. Lee, "Study on Precise Positioning using Hybrid Track Circuit system in Metro," J. of The Korean Institute of Electronic Communication Science, vol. 8, no. 3, Mar. 2013, pp. 471-477.

원문보기 상세보기
S.-H. Lee, K.-H. Park, K.-S. Choi, and T.-W. Kim, "Study on the RFID Tag Recognition Ration in the development of Hybrid Track Circuits," Conf. of The Korean Institute of Electrical Engineers, Oct. 2013, pp. 286-288.
S.-C. Seo, "A Study on the controls of precise position stop in rapid transit trains," Doctor's Degree Thesis, Seoul National University of Science and Technology, 2010.
J.-C. Kim, H.-K. Lee, S.-J. Lee, K.-H. Park, Y.-J. Kim, and T.-W. Kim, "Study on the optimization for the installation of onboard antennas in the development of hybrid track circuits," Conf. of The Korean Society of Railway, Nov. 2013, pp. 491-495.
J.-C. Kim, S.-J. Lee, K.-H. Park, K.-S. Choi, and K.-S. Lee, "Development of the Testing Methods for Hardware Functional Certification of Hybrid Track Circuits," Conf. of The Korean Society of Railway, May. 2013, pp. 151-156.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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