[논문]CBTC, ATC 열차제어 시스템 간 상호운행을 위한 차상장치 설계 및 안전 확보 방안

이재호; 오세화; 박종문; 이기서

doi:10.13067/jkiecs.2015.10.8.875

CBTC, ATC 열차제어 시스템 간 상호운행을 위한 차상장치 설계 및 안전 확보 방안
Safety Security Method and Onboard Design for Inter-operation between CBTC, ATC Train Control System 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.8, 2015년, pp.875 - 882

이재호 (광운대학교 일반대학원 제어계측공학과) , 오세화 (네오트랜스주식회사) , 박종문 (네오트랜스주식회사) , 이기서 (광운대학교)

초록
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최근 국내 도시철도 신설 및 개량사업에 무선통신기반 열차제어시스템 도입이 적극 검토되고 있다. 그러나 여러 가지 이유로 일부구간 또는 차량기지를 기존 궤도회로 기반으로 구축하는 경우가 있어 이종(CBTC, ATC) 열차제어시스템 간 상호운행이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 신분당선 무선통신기반(CBTC) 차상신호장치를 탑제한 열차가 분당선 궤도회로(ATC)구간을 상호운행하기 위한 차상신호장치 설계와 두 노선을 탈선분기기 없이 안전하게 연결하는 방안을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, An introduction of communication based train control system both into greenfield and brownfield of urban transit network has been actively reviewed. However, since a number of line sections and rolling stock depots tends to be constructed based on track circuit for various reasons, necessity of inter-operation between two distinct train control system (CBTC, ATC) increases. Therefore, we propose a design of on-board signalling device that allows inter-operation of CBTC and ATC lines and a method to secure safe connection between these two lines without derailing point machine.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 CBTC 차상신호장치를 탑제한 열차(CBTC 열차)가 안전하고 효과적으로 ATC구간과 CBTC구간을 상호운행하기 위한 차상장치 설계 방법과 탈선분기기를 설치하지 않고 두 노선을 안전하게 연결하기 위한 안전확보방안을 제시하였다.
본 연구에서는 CBTC 차상시스템이 설치된 열차가 ATC구간을 상호운행하기 위한 차상장치 설계 방법과 두 노선의 연결에 필요한 안전 확보 방안을 제시하고 시험하여 기능검증과 안전성을 확인하였다. 열차 운행 중 발생 가능한 열차과속, 장치고장, 역방향 운행 등에 대해서도 시험하여 CBTC, ATC 열차제어시스템 간 상호운행이 가능함을 확인하였다.

제안 방법

차상신호 장치는 열차의 속도를 25km/h 이하로 제한하며 CBTC 제어 영역이 아닌 지역에서도 사용가능한 운행모드이다. ATC구간에서의 운행을 위해 그림 4와 같이 제한된 수동모드 하위에 ATCM(: ATC Manual) 모드를 설계하여 궤도회로에서 지시하는 속도코드에 따라 열차가 운행 할 수 있도록 설계하였다.
그림 9와 같이 시험구간은 CBTC 구간, 시스템절체구간, ATC구간 및 차량기지로 구성된다. 시험 열차는 신분당선 역에서 출발하여 분당선 차량기를 왕복운행하며 열차운행모드 전환, 과속시험, 차상장치 절체시험 등을 통해 모든 기능을 검증하였다. 시험결과는 다음과 같다.
시험구간을 운행하며 다음과 같이 속도별 코드 수신 및 정상운행(허용속도 이하)을 확인하였다.
열차운행 중 발생할 수 있는 STM 또는 차상신호 장치 고장과 허용속도 이상으로 과속을 발생시키고 정상동작을 확인하였다.
열차점유정보를 한쪽 시스템에서 열차를 검지하여 다른 시스템으로 전달하는 방법은 고장발생 시 다른 시스템에 영향을 줄 수 있다. 이를 방지하기 위해 절체구간내의 열차점유상태를 개별시스템이 검지하는 방법을 사용하여 장애 확대를 방지하였다. 신분당선 CBTC시스템은 엑셀카운터를, 분당선 ATC시스템은 궤도회로를 이용하여 열차 유무를 판단한다[4].
그림 5와 같이 ATC구간에서 운행하는 열차는 운행방향의 차상신호장치가 활성화 되어, 해당 차상신호 장치에 장애가 발생하면 정상적인 기능수행이 불가능하다. 이를 보완하기 위해 STM간 인터페이스를 추가하여 운행방향 쪽 차상신호장치 고장 또는 반대편 차상신호장치가 활성화된 상태에도 열차의 정상 운행이 가능하도록 설계하였다.
이종 시스템간 상호운영에 대한 기능 검증을 위해 시험을 진행하였다. 그림 9와 같이 시험구간은 CBTC 구간, 시스템절체구간, ATC구간 및 차량기지로 구성된다.
차상신호장치는 지상ATP장치로부터 수신된 명령을 해석하여 열차의 이동거리한계, 허용속도 범위 내에서 열차를 안전하게 제어하고, 열차의 위치, 속도 진행 방향 등을 지상 ATP로 전송하며, ATC구간에서는 STM(Specific Transmission Module)을 통해 속도 코드를 수신하여 열차의 속도를 감시하고 통제 한다

성능/효과

따라서 절체구간에는 기관사가 임의로 열차를 운행하지 못하도록 절대정지코드(01코드)를 추가하여 ATC구간에서 열차 진입을 허가하기 전까지 열차가 절대 운행되지 않도록 하여 안전을 확보하였으며, 열차가 ATC구간에서 CBTC구간으로 진입하는 경우 Y1T궤도회로(그림 2 참조)는 항상 01 코드를 출력하여 ATC열차가 허가 없이 절대로 CBTC으로 진입하지 못하도록 안전을 확보하였다.
본 연구에서는 CBTC 차상시스템이 설치된 열차가 ATC구간을 상호운행하기 위한 차상장치 설계 방법과 두 노선의 연결에 필요한 안전 확보 방안을 제시하고 시험하여 기능검증과 안전성을 확인하였다. 열차 운행 중 발생 가능한 열차과속, 장치고장, 역방향 운행 등에 대해서도 시험하여 CBTC, ATC 열차제어시스템 간 상호운행이 가능함을 확인하였다. 이는 향후 노선 특성에 따라 차량기지를 공유하거나, CBTC 열차가 타 노선(ATC 구간)을 운행 할 수 있는 방법으로, 기존 도시철도를 CBTC시스템으로 개량함에 있어 기존시스템을 철거하지 않고 예비시스템으로 활용할 수 있는 방법이기도 하다.
절대정지(01코드) 수신에 따라 차상신호장치는 허용속도를 0km/를 지시하였으며, 열차를 임의로 운행시킨 경우 EB를 체결하여 열차 운행이 방지됨을 확인하였다

후속연구

이는 향후 노선 특성에 따라 차량기지를 공유하거나, CBTC 열차가 타 노선(ATC 구간)을 운행 할 수 있는 방법으로, 기존 도시철도를 CBTC시스템으로 개량함에 있어 기존시스템을 철거하지 않고 예비시스템으로 활용할 수 있는 방법이기도 하다. 본 논문에서 제시한 방안은 향후 도시철도와 일반철도 등의 상호운영에 참고가 될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	분당선 열차제어시스템은 어떤 시스템인가?	분당선 열차제어시스템(ATC)은 선행열차와 후속열차 사이에 일정한 거리(폐색)을 확보하여 열차의 안전운행을 보장하는 고정폐색방식의 열차제어시스템으로 연속된 속도코드(Speed Code)를 통해 차상신호장치로 운행속도를 전송하고, 기관사는 차상신호장치 감시 하에 허용속도 이하로 수동 운전하는 방식이다. 분당선에서 열차의 운행 통제를 위해 사용하는 분당선 ATC 속도코드는 표 1과 같다[1].
	CBTC(Communication Based Train Control) 시스템은 무엇에 효과적인 시스템인가?	최근에는 CBTC(Communication Based Train Control) 시스템이 도입·운영되고 있으며, 광역철도 노선 등으로 적용 범위가 확대되는 추세이다. 이동폐색, 무인운전이 가능한 CBTC시스템은 기존 궤도회로 시스템 대비 지상신호설비의 구성이 단순하여 운영효율성 향상과 유지보수 비용절감에 효과적인 시스템이다. 국내에서도 한국형 무선통신기반 열차제어시스템 개발 및 실용화를 위한 활동이 활발히 이루지고 있다.
	무선통신기반 열차제어(CBTC)시스템은 어떻게 열차를 통제하는가?	무선통신기반 열차제어(CBTC)시스템은 무인운전·이동폐색 시스템을 구현하는 가장 현실적인 방법으로 열차의 위치를 궤도회로가 아닌 무선통신을 이용해 수신하고 열차의 목적지, 속도, 방향 등을 전송하여 열차를 통제한다. 지상-차상간의 양방향 무선통신으로 궤도회로 보다 더 정밀하게 열차의 위치를 파악할 수 있으며, 무인운전을 위한 차상설비 감시와 제어가 가능하다.

참고문헌 (9)

K. Jang, K. Cha, D. Kang, and J. Lee, "Guideline for Preparation of Manuscript for Proceedings," Conf. of Korean Society for Railway, Jeju. May 2009, pp. 2017-2022.
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Y. Kim, S. Lee, J. Yoo, J. Kim, and J. Baek, "The Study for Mixed Operation of CBTC Train and Non-CBTC Ones," Conf. of Korean Society for Railway, Daegu. Oct. 2003, pp. 151-156.
J. Jeon, D. Kang, and J. Lee, "A study of performing Fall-Back operation in RF-CBTC signalling system," Spr. Conf. of Korean Society for Railway, May. 2011, pp. 145-153.
J. CHoi, "A study on the Improvement of Signaling System for Congestion relief on current Subway Lines," master's thesis, Hanyang Uni. Graduate Sch. Aug. 2013,
D. Yang, C. Li, Z. Jin, K. Lee, and Y. Ko, "A Study on Hybrid Track Circuit Tag Recognition Enhancemen," J of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 4, Apr. 2014, pp. 537-542.

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S. Oh, Z. Jin, and K. Lee, "Study on the stabilisateur of information transmission in RF-CBTC train control system using the FHSS system," J of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 4, Apr. 2014, pp. 455-467.

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Z. Kim, C. Li, J. Lee, J. Kim, and K. Lee, "A Study on Software Static Analysis Method on IEC 62279," J of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 10, no. 4, Apr. 2015, pp. 513-519.

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Y. Yoon, R. Jeong, and C. Kim, "A study of establishing ETCS Level 1 to speed up conventional lines," Conf. of Korean Society for Railway, Gangwon, May. 2011, pp. 666-670.

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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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