열차자율주행제어시스템을 위한 간격제어와 차상중심 분산형 연동 알고리즘 Train interval control and train-centric distributed interlocking algorithm for autonomous train driving control system원문보기
열차제어시스템은 지상 전기 중심에서 차상 통신 중심으로 변화하고 있다. 최신의 열차제어시스템인 CBTC 시스템은 차상과 지상시스템 간 양방향 무선통신을 기반으로 높은 간격제어 효율을 가진다. 하지만 지상이 제어의 중심이 되고 있기 때문에 하나의 지상시스템이 허용할 수 있는 열차 투입 대수가 제한되고 차상과 지상제어시스템 간 cyclic-path 제어흐름으로 인해 운전시격 단축에 한계를 가진다. 본 논문은 열차자율주행제어시스템을 위한 간격제어와 차상중심 분산형 연동 알고리즘을 제안한다. 열차자율주행제어시스템은 차상에서 간격제어와 함께 분기제어를 수행하므로 선로와 분기기는 공유자원인 동시에 세마포어 요소이다. 제안된 열차자율주행기반 간격제어는 지상 제어시스템의 제어명령에 의존하지 않고 열차와 열차 또는 선로변 설비와의 직접적인 무선통신을 통해 열차 간격제어를 수행한다. 제안된 연동 알고리즘은 공유자원인 선로전환기가 동시에 두 대 이상의 열차가 점유하지 못하도록 선로전환기 고유 key를 이용한 세마포어 기법을 새롭게 정의한다. 시뮬레이션을 통해 제안된 열차자율주행제어시스템의 향상된 간격제어 성능을 확인하며, 차상중심 분산형 연동알고리즘과 기존의 연동장치에서 수행하던 여러 연동논리를 비교함으로써 단순화된 연동알고리즘으로 안전한 열차제어가 가능함을 확인한다.
열차제어시스템은 지상 전기 중심에서 차상 통신 중심으로 변화하고 있다. 최신의 열차제어시스템인 CBTC 시스템은 차상과 지상시스템 간 양방향 무선통신을 기반으로 높은 간격제어 효율을 가진다. 하지만 지상이 제어의 중심이 되고 있기 때문에 하나의 지상시스템이 허용할 수 있는 열차 투입 대수가 제한되고 차상과 지상제어시스템 간 cyclic-path 제어흐름으로 인해 운전시격 단축에 한계를 가진다. 본 논문은 열차자율주행제어시스템을 위한 간격제어와 차상중심 분산형 연동 알고리즘을 제안한다. 열차자율주행제어시스템은 차상에서 간격제어와 함께 분기제어를 수행하므로 선로와 분기기는 공유자원인 동시에 세마포어 요소이다. 제안된 열차자율주행기반 간격제어는 지상 제어시스템의 제어명령에 의존하지 않고 열차와 열차 또는 선로변 설비와의 직접적인 무선통신을 통해 열차 간격제어를 수행한다. 제안된 연동 알고리즘은 공유자원인 선로전환기가 동시에 두 대 이상의 열차가 점유하지 못하도록 선로전환기 고유 key를 이용한 세마포어 기법을 새롭게 정의한다. 시뮬레이션을 통해 제안된 열차자율주행제어시스템의 향상된 간격제어 성능을 확인하며, 차상중심 분산형 연동알고리즘과 기존의 연동장치에서 수행하던 여러 연동논리를 비교함으로써 단순화된 연동알고리즘으로 안전한 열차제어가 가능함을 확인한다.
Train control systems have changed from wayside electricity-centric to onboard communications-centric. The latest train control system, the CBTC system, has high efficiency for interval control based on two-way radio communications between the onboard and wayside systems. However, since the wayside ...
Train control systems have changed from wayside electricity-centric to onboard communications-centric. The latest train control system, the CBTC system, has high efficiency for interval control based on two-way radio communications between the onboard and wayside systems. However, since the wayside system is the center of control, the number of input trains to allow a wayside system is limited, and due to the cyclic-path control flows between onboard and wayside systems, headway improvement is limited. In this paper, we propose a train interval-control and train-centric distributed interlocking algorithm for an autonomous train-driving control system. Because an autonomous train-driving control system performs interval and branch control onboard, both tracks and switches are shared resources as well as semaphore elements. The proposed autonomous train-driving control performs train interval control via direct communication between trains or between trains and track-side apparatus, instead of relying on control commands from ground control systems. The proposed interlocking algorithm newly defines the semaphore scheme using a unique key for the shared resource, and a switch that is not accessed at the same time by the interlocking system within each train. The simulated results show the proposed autonomous train-driving control system improves interval control performance, and safe train control is possible with a simplified interlocking algorithm by comparing the proposed train-centric distributed interlocking algorithm and various types of interlock logic performed in existing interlocking systems.
Train control systems have changed from wayside electricity-centric to onboard communications-centric. The latest train control system, the CBTC system, has high efficiency for interval control based on two-way radio communications between the onboard and wayside systems. However, since the wayside system is the center of control, the number of input trains to allow a wayside system is limited, and due to the cyclic-path control flows between onboard and wayside systems, headway improvement is limited. In this paper, we propose a train interval-control and train-centric distributed interlocking algorithm for an autonomous train-driving control system. Because an autonomous train-driving control system performs interval and branch control onboard, both tracks and switches are shared resources as well as semaphore elements. The proposed autonomous train-driving control performs train interval control via direct communication between trains or between trains and track-side apparatus, instead of relying on control commands from ground control systems. The proposed interlocking algorithm newly defines the semaphore scheme using a unique key for the shared resource, and a switch that is not accessed at the same time by the interlocking system within each train. The simulated results show the proposed autonomous train-driving control system improves interval control performance, and safe train control is possible with a simplified interlocking algorithm by comparing the proposed train-centric distributed interlocking algorithm and various types of interlock logic performed in existing interlocking systems.
본 논문은 열차자율주행제어시스템(ATDCS: Autonomous Train Driving Control System)을 위한 간격제어와 차상 중심 분산형 연동 알고리즘을 제안한다. 제안된 ATDCS 는 지상 제어시스템의 제어명령에 의존하지 않고 열차와 열차 또는 선로변 설비와의 직접적인 무선통신을 통해 열차간 간격제어를 수행한다.
제안 방법
제안된 차상중심 분산형 연동알고리즘은 기존의 지상서버와 같은 형태의 EI와 달리 노선의 모든 열차가 개별 EI 기능을 갖도록 설계하였다. 공유자원인 PM이 동시에 두 대 이상의 열차에 의해 점유되지 않도록 PM의 고유 key를 이용한 세마포어 기법을 제시하였다. 제시된 세마포어 기법을 이용하여 분산형 연동알고리즘을 제시하였으며 기존의 EI가 수행하던 여러 연동논리와 비교함으로써 제안된 분산형 연동알고리즘이 기존의 복잡한 연동논리를 대신할 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 열차자율주행제어시스템(ATDCS: Autonomous Train Driving Control System)을 위한 간격제어와 차상 중심 분산형 연동 알고리즘을 제안한다. 제안된 ATDCS 는 지상 제어시스템의 제어명령에 의존하지 않고 열차와 열차 또는 선로변 설비와의 직접적인 무선통신을 통해 열차간 간격제어를 수행한다.
시뮬레이션을 통해 제안된 ATDCS의 간격제어 성능은 기존 KRTCS 및 ETIC에서 제시한 간격제어 알고리즘보다 운전시격을 개선할 수 있음을 확인하였다. 제안된 차상중심 분산형 연동알고리즘은 기존의 지상서버와 같은 형태의 EI와 달리 노선의 모든 열차가 개별 EI 기능을 갖도록 설계하였다. 공유자원인 PM이 동시에 두 대 이상의 열차에 의해 점유되지 않도록 PM의 고유 key를 이용한 세마포어 기법을 제시하였다.
대상 데이터
ATDCS의 구성은 Fig. 2와 같이 지상의 관제 ATS (Automatic Train Supervision), OC(Object Controller), PM, DCN(Data Communication Network) Radio, PSM (Precision Stop Marker) Sensor, TAG와 차상의 ATP, ATO(Automatic Train Operation), EI, DCN Radio, PSM, TAG Reader로 구성된다.
데이터처리
시뮬레이션을 통해 제안된 ATDCS의 향상된 간격제어 성능을 확인하며, 차상중심 분산형 연동알고리즘과 기존의 연동장치에서 수행하던 여러 연동논리를 비교함으로써 단순화된 연동알고리즘으로 안전한 열차제어가 가능함을 확인한다.
성능/효과
제안된 ATDCS는 열차간 직접통신을 통해 선행열차의 제동거리를 지연에 따른 손실 없이 활용함으로써 기존의 간격제어 알고리즘보다 향상된 성능을 가질 수 있다. 시뮬레이션을 통해 제안된 ATDCS의 간격제어 성능은 기존 KRTCS 및 ETIC에서 제시한 간격제어 알고리즘보다 운전시격을 개선할 수 있음을 확인하였다. 제안된 차상중심 분산형 연동알고리즘은 기존의 지상서버와 같은 형태의 EI와 달리 노선의 모든 열차가 개별 EI 기능을 갖도록 설계하였다.
공유자원인 PM이 동시에 두 대 이상의 열차에 의해 점유되지 않도록 PM의 고유 key를 이용한 세마포어 기법을 제시하였다. 제시된 세마포어 기법을 이용하여 분산형 연동알고리즘을 제시하였으며 기존의 EI가 수행하던 여러 연동논리와 비교함으로써 제안된 분산형 연동알고리즘이 기존의 복잡한 연동논리를 대신할 수 있음을 확인하였다. 향후 OC에서 고유 key를 생성하는 알고리즘과 효율적인 OC의 구성방법에 대한 추가적인 연구를 진행할 계획이다.
후속연구
제안된 ATDCS와 분산형 연동알고리즘은 기존의 CBTC 방식의 열차제어시스템 보다 높은 간격제어 효율을 가지는 반면 지상 ATP와 EI와 같은 지상제어설비를 축소함으로써 구축비용 절감을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
제시된 세마포어 기법을 이용하여 분산형 연동알고리즘을 제시하였으며 기존의 EI가 수행하던 여러 연동논리와 비교함으로써 제안된 분산형 연동알고리즘이 기존의 복잡한 연동논리를 대신할 수 있음을 확인하였다. 향후 OC에서 고유 key를 생성하는 알고리즘과 효율적인 OC의 구성방법에 대한 추가적인 연구를 진행할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열차제어시스템이란 무엇인가?
열차제어시스템은 정시성을 보장하는 운영시스템이면서 동시에 승객의 안전을 보장하는 안전시스템으로서 선행열차와 후행열차 간 안전한 간격을 제어하는 것이 기술의 핵심이다.
CBTC는 어떠한 특징을 가지는가?
최근 제어 및 통신기술의 발전에 힘입어 열차제어 시스템은 점차 지상·전기 중심에서 차상·통신 중심으로 변화되고 있다. 가장 최신의 열차제어시스템인 CBTC (Communication Based Train Control) 시스템은 차상과 지상제어시스템 간 양방향 무선통신을 기반으로 높은 간격제어 효율을 가진다[1-5]. 하지만 지상제어시스템이제어의 중심이 되고 있기 때문에 하나의 지상제어시스템에서 허용 가능한 투입 열차 수가 제한되고 차상과 지상제어시스템 간의 cyclic-path 제어흐름으로 인해 설비의 절감 및 운전시격 단축에 한계가 발생된다[1].
CBTC시스템의 한계점은 무엇인가?
가장 최신의 열차제어시스템인 CBTC (Communication Based Train Control) 시스템은 차상과 지상제어시스템 간 양방향 무선통신을 기반으로 높은 간격제어 효율을 가진다[1-5]. 하지만 지상제어시스템이제어의 중심이 되고 있기 때문에 하나의 지상제어시스템에서 허용 가능한 투입 열차 수가 제한되고 차상과 지상제어시스템 간의 cyclic-path 제어흐름으로 인해 설비의 절감 및 운전시격 단축에 한계가 발생된다[1]. Fig.
참고문헌 (14)
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IEEE Std. 1474.3, IEEE Recommended Practice for Communication-Based Train Control(CBTC) System Design and Functional Allocations, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/IEEESTD.2008.4618623
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Kim Hyunghoon, Yang Chanseok, Cho Yonggee, "A Study on the Mixed Usage of Logical Block and Moving Block in CBTC System," Conference of Korean Society for Railway, 2011.
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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, 002, 2011.
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