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무선통신기반 열차제어시스템에서의 운전시격 계산과 간격제어 성능개선을 위한 열차간격제어 알고리즘
Headway Calculation and Train Control Algorithm for Performance Improvement in Radio based Train Control System 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.10, 2015년, pp.6949 - 6958  

오세찬 (한국철도기술연구원 광역도시철도시스템 연구실) ,  김경희 (한국철도기술연구원 광역도시철도시스템 연구실) ,  이성훈 (포스코 ICT R&D 센터) ,  김자영 (포스코 ICT R&D 센터) ,  전종화 (포스코 ICT R&D 센터)

초록
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무선통신기반 열차제어시스템은 관할영역 내에 운행 중인 열차의 위치정보를 지상시스템에서 실시간으로 수신하고 다시 각각의 열차의 차상시스템에 새로운 이동권한을 제공함으로써 안전한 간격제어를 수행한다. 열차제어시스템의 성능은 최소 운전시격으로 평가되며 그것은 열차제어시스템의 간격제어 성능뿐만 아니라 운영특성 그리고 열차의 특성을 반영하여 계산된다. 본 논문은 무선통신기반 열차제어시스템의 운전시격 계산과 운전시격을 개선하기 위한 새로운 열차간격제어 알고리즘을 제안한다. 제안된 운전시격 계산 방법은 열차제어시스템 간격제어 성능을 반영한 안전마진 추정을 통해 각각 역간 운전시격과 역 운전시격을 정의한다. 또한 제안된 열차간격제어 개선 알고리즘은 간격제어 개선을 위해 거리와 속도를 포함하는 이동권한을 새롭게 정의하며 선행열차에서 필연적으로 발생하는 제동거리를 이용함으로써 열차의 운전시격을 향상시킬 수 있다. 제안된 운전시격 계산방법을 한국형 무선통신기반 열차제어시스템의 간격제어 성능을 대상으로 시뮬레이션을 수행하며 개선된 열차간격제어 알고리즘과 비교분석 한다. 시뮬레이션 결과에 따르면 제안된 운전시격 계산방법은 향후 무선통신기반 열차제어시스템의 성능 지표로 활용이 가능하며 제안된 간격제어 알고리즘은 기존의 무선통신기반 열차제어시스템의 역 운전시격과 역간 운전시격을 개선할 수 있음을 확인한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Radio based train control system performs train safe interval control by receiving in realtime the position information of trains driving in the control area of the wayside system and providing onboard system in each train with updated movement authority. The performance of the train control system ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 무선통신기반 열차제어시스템의 성능평가를 위해 운전시격 계산방법과 운전시격의 개선을 위해 새로운 열차간격제어 알고리즘을 제안한다. 제안된 운전시격 계산방법은 한국형 무선통신기반 열차제어시스템(KRTCS: Korean Radio-based Train Control System)[4-5]을 기반으로 열차간격제어 성능을 반영한 안전 마진(safety margin) 추정을 통해 각각 역간 운전시격(line headway)과 역 운전시격(station headway)을 정의하였다.
  • 본 논문은 무선통신기반 열차제어시스템의 성능평가를 위해 운전시격 계산방법과 현재 무선통신기반 열차간격제어를 개선한 ETIC 알고리즘을 제안하였다. 제안된 운전시격 계산방법은 KRTCS 간격제어 성능을 토대로 안전마진을 운전시격 계산에 반영하여 각각 역간 운전시격과 역 운전시격 계산방법을 제시하였다.
  • 열차 운행 중 열차제어시스템과는 무관하게 열차탈선 또는 열차 추돌 상황이 발생한 경우 선행열차의 제동거리를 이용하는 것은 후행열차에 위험요소로 작용할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 상황의 경우 사전에 예방이 가능하다는 것을 전제로 한다.
  • 하나의 wayside ATP 관할영역 내에 운행하는 열차는 onboard ATP에서 주기적으로 위치를 계산하여 wayside ATP에 보고한다. Wayside ATP는 열차의 위치와 EI에서 제공하는 진로정보를 이용하여 각각의 열차에 허용된 이동거리 정보인 MA와 가장 최근에 위치보고에 사용한 Tag 그룹(LRTG: Last Relevant Tag Group)부터 MA까지 가장 제한적인 속도프로파일(MRSP: Most Restrictive Speed Profile)과 구배 등 선로정보를 제공한다.

가설 설정

  • 25m로 정의하였다[2]. ATP가 속도감시에 반응하는 시간은 1초로 가정하였으며 차상과 지상 간 통신시간의 최대 지연은 1초로 가정하였다
  • 제안된 ETIC 알고리즘의 성능은 선행열차의 운행속도에 의존한다. 도시철도 역 정차시간을 제외한 운행 평균속도가 약 55km/h임을 감안하여 ETIC에서 참조하는 선행열차의 운행속도를 15km/h부터 55km/h까지 증속한다고 가정하였다.
  • 열차의 길이를 80m(4량 1편성), 120m(6량 1편성), 160m(8량 1편성), 200m(10량 1편성)으로 변화시키면서 동시에 열차의 역 진입속도를 10km/h부터 최대 80km/h까지 증가시키면서 역 운전시격을 계산하였다. 또한 ETIC에서 참조하는 선행열차의 운행속도를 15km/h부터 55km/h까지 증속한다고 가정하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 열차의 길이가 짧을수록 역 운전시격이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
  • 제동율 K를 각각 50%, 75%, 100%로 변화시키면서 동시에 열차의 역 진입속도를 10km/h부터 최대 80km/h까지 증가시키면서 역 운전시격을 시뮬레이션 하였다. 마찬가지로 ETIC에서 참조하는 선행열차의 운행속도를 15km/h부터 55km/h까지 증속한다고 가정하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 제동시스템의 제동 안전율이 높을수록 역 운전시격이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
  • 열차의 사양은 한국형 표준전동차 사양을 토대로 열차의 최대속도와 감가속도를 정의하였다. 열차의 길이는 200m, 제동시스템의 반응시간은 1.5초로 가정하였으며 제동율은 약 75%로 가정하였다[11]. 열차제어시스템과 관련하여 속도센서는 ± 2km/h의 정확도를 가지며 열차의 위치 불확실성은 ± 6.
  • 자동운전을 위한 제어시스템의 속도감시 및 제어의 여유분을 고려하여 ATO 제한속도는 ATP 제한속도에 비해 5km/h 낮은 값으로 정의하였고 ATO 감가속도는 ATP 감가속도의 80% 수준으로 제어한다고 가정하였다. 즉, ATO의 경우 시스템의 제어한계보다 낮은 레벨로 제어를 수행하고 ATO의 제어 한계를 벗어나는 경우 ATP가 개입하도록 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선통신기반 열차제어시스템이 수행하는 것은? 무선통신기반 열차제어시스템은 관할영역 내에 운행 중인 열차의 위치정보를 지상시스템에서 실시간으로 수신하고 다시 각각의 열차의 차상시스템에 새로운 이동권한을 제공함으로써 안전한 간격제어를 수행한다. 열차제어시스템의 성능은 최소 운전시격으로 평가되며 그것은 열차제어시스템의 간격제어 성능뿐만 아니라 운영특성 그리고 열차의 특성을 반영하여 계산된다.
열차제어시스템의 성능은 어떻게 평가되는가? 무선통신기반 열차제어시스템은 관할영역 내에 운행 중인 열차의 위치정보를 지상시스템에서 실시간으로 수신하고 다시 각각의 열차의 차상시스템에 새로운 이동권한을 제공함으로써 안전한 간격제어를 수행한다. 열차제어시스템의 성능은 최소 운전시격으로 평가되며 그것은 열차제어시스템의 간격제어 성능뿐만 아니라 운영특성 그리고 열차의 특성을 반영하여 계산된다. 본 논문은 무선통신기반 열차제어시스템의 운전시격 계산과 운전시격을 개선하기 위한 새로운 열차간격제어 알고리즘을 제안한다.
제안된 열차제어시스템의 운전시격 계산 방법은 어떻게 정의되는가? 본 논문은 무선통신기반 열차제어시스템의 운전시격 계산과 운전시격을 개선하기 위한 새로운 열차간격제어 알고리즘을 제안한다. 제안된 운전시격 계산 방법은 열차제어시스템 간격제어 성능을 반영한 안전마진 추정을 통해 각각 역간 운전시격과 역 운전시격을 정의한다. 또한 제안된 열차간격제어 개선 알고리즘은 간격제어 개선을 위해 거리와 속도를 포함하는 이동권한을 새롭게 정의하며 선행열차에서 필연적으로 발생하는 제동거리를 이용함으로써 열차의 운전시격을 향상시킬 수 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Zhu, Li, et al. "Train-ground communication in CBTC based on 802.11 b: Design and performance research." Communications and Mobile Computing, 2009. CMC'09. WRI International Conference on. Vol. 2. IEEE, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/CMC.2009.93 

  2. IEEE 1474.1 IEEE Standard for Communication-Based Train Control(CBTC) Performance and Functional Requirements. 

  3. Kaixia, Dong, Liu Xiaojuan, and Zhu Yunyan. "Simulation Study of ATP Subsystem of CBTC System in Urban Mass Transit [J]." Railway Signalling & Communication 4 (2011): 004. 

  4. Sehchan Oh, et al. "Design of ATP functions and communication interface specifications for Korean Radio-based Train Control System." Control, Automation and Systems (ICCAS), 2013 13th International Conference on. IEEE, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/iccas.2013.6704161 

  5. Oh, Sehchan, et al. "ATP functional allocation for Korean radio based train control system." Control, Automation and Systems (ICCAS), 2012 12th International Conference on. IEEE, 2012. 

  6. Oh, Sehchan, Yongki Yoon, and Jonghyen Baek. "Development of Wireless Communication based Train Separation Control Simulator." Conference of Korean Society for Railway. 2011. 

  7. Kim, Ickhee, et al. "A Study on Railroad Track Capacity According to Transit Railway Demand." Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society 38.3 (2013): 23-35. DOI: http://dx.doi.org/10.7737/JKORMS.2013.38.3.023 

  8. Baek, Jong-Hyen, and Chang-Goo Lee. "The Study on Train Separation Control Technology using Balise for Conventional Line Speed Up." Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society 10.2 (2009): 256-263. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2009.10.2.256 

  9. Yk Kim, Yh Lee, and Ck Ryu. "Headway comparison between ATS and ERTMS/ETCS systems." ICCAS 2003 (2003): 1333-1337. 

  10. Jw Lee, Ej Joung, Jg Hwang, Cb Jung, "A Study on Minimum Headway Calculation", Spring Conference of Korean Society for Railway. 2000. 

  11. Parkinson, Tom, and Ian Fisher. Rail transit capacity. Vol. 13. Transportation Research Board, 1996. 

  12. Chen, Rong-wu, and Jin Guo. "Development of the new CBTC system simulation and performance analysis." 12th International Conference on Computer System Design and Operation in Railways and Other Transit Systems. 2010. 

  13. HE, Chengcai, and Tao YANG. "Comparison of Headways in Moving Block andFallback Modes for CBTC System." Journal of Southwest Jiaotong University 3 (2012): 014. 

  14. CHEN, Rongwu, Changqian ZHU, and Li LIU. "Calculation and optimization of train headway in CBTC system." Journal of Southwest Jiaotong University 4 (2011): 010. 

  15. Dongsheng, Liang, and Xu Yi. "Analysis of Train Minimum Headway and Realization of Simulation Algorithm under CBTC Train Control Mode [J]." Modern Urban Transit 4 (2011): 002. 

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