일반·고속철도용 무선기반 열차제어시스템(KRTCS-2) 표준사양 개발 Development of Standard Specification of Korea Radio based Train Control System(KRTCS-2) for Conventional & High Speed Railway원문보기
고속화 및 자동화 추세에 따라 열차제어시스템(TCS: Train Control System)은 유선으로 정보를 주고받는 기술에서 무선을 이용한 제어방식으로 기술이 발전되고 있으며, 무선방식도 2세대의 GSM-R에서 4세대 통신인 LTE를 적용한 LTE-R 무선통신 기술이 적용되고 있다. 따라서 무선통신(LTE-R)을 적용한 일반(250km/h이하) 고속철도(350km/h)용 열차제어시스템(KRTCS-2: Korea Radio based Train Control System-2, 이하 KRTCS-2라 함)에 적합한 표준사양(안)을 작성하고, 표준사양(안)을 기반으로 제작한 시작품을 일반열차 및 고속열차에 설치하고, 호남 고속선(정읍~익산) 및 원주-강릉선에 시험선을 구축하여 다양한 성능시험을 통해 표준사양(안)의 신뢰성 및 안전성을 확보하고자 한다. 이후 표준사양(안)은 국가 철도규격으로 제정하여 일반(광역) 고속철도 노선에 열차제어시스템을 적용함으로써 표준사양(안)이 실용화될 수 있도록 할 예정이다.
고속화 및 자동화 추세에 따라 열차제어시스템(TCS: Train Control System)은 유선으로 정보를 주고받는 기술에서 무선을 이용한 제어방식으로 기술이 발전되고 있으며, 무선방식도 2세대의 GSM-R에서 4세대 통신인 LTE를 적용한 LTE-R 무선통신 기술이 적용되고 있다. 따라서 무선통신(LTE-R)을 적용한 일반(250km/h이하) 고속철도(350km/h)용 열차제어시스템(KRTCS-2: Korea Radio based Train Control System-2, 이하 KRTCS-2라 함)에 적합한 표준사양(안)을 작성하고, 표준사양(안)을 기반으로 제작한 시작품을 일반열차 및 고속열차에 설치하고, 호남 고속선(정읍~익산) 및 원주-강릉선에 시험선을 구축하여 다양한 성능시험을 통해 표준사양(안)의 신뢰성 및 안전성을 확보하고자 한다. 이후 표준사양(안)은 국가 철도규격으로 제정하여 일반(광역) 고속철도 노선에 열차제어시스템을 적용함으로써 표준사양(안)이 실용화될 수 있도록 할 예정이다.
In accordance with the trend of higher speed and automation, the Train Control System is building on the technology of control methods using radio in the technology of exchanging information by wire, toward a wireless communication method that will be applied using LTE-R radio communication technolo...
In accordance with the trend of higher speed and automation, the Train Control System is building on the technology of control methods using radio in the technology of exchanging information by wire, toward a wireless communication method that will be applied using LTE-R radio communication technology with $4^{th}$ generation LTE mobile communication a $2^{nd}$ generation GSM-R. Therefore, a standard specification suitable for the Korea Radio based Train Control System-2(below KRTCS-2) for the 350km/h class using wireless communication is created; a prototype based on the standard specification is installed on a high-speed train and is installed on a test section(Ik san-Jeong eup) on the Honam high speed line to ensure the reliability and safety of the standard specifications, which are verified through various performance tests. In the future, the standard specification that has been established as a national railway standard, and the standard specifications will be commercialized by applying the train control system to conventional and High speed railway lines.
In accordance with the trend of higher speed and automation, the Train Control System is building on the technology of control methods using radio in the technology of exchanging information by wire, toward a wireless communication method that will be applied using LTE-R radio communication technology with $4^{th}$ generation LTE mobile communication a $2^{nd}$ generation GSM-R. Therefore, a standard specification suitable for the Korea Radio based Train Control System-2(below KRTCS-2) for the 350km/h class using wireless communication is created; a prototype based on the standard specification is installed on a high-speed train and is installed on a test section(Ik san-Jeong eup) on the Honam high speed line to ensure the reliability and safety of the standard specifications, which are verified through various performance tests. In the future, the standard specification that has been established as a national railway standard, and the standard specifications will be commercialized by applying the train control system to conventional and High speed railway lines.
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문제 정의
신호시스템 핵심기술은 해외 의존 및 현장시험을 통한 인증을 받는데 많은 어려움이 있어 국내 신호시스템 상용화가 활성화 되지 못하고 있다. 이런 활성화되지 못한 상황을 개선하기 위해 전 세계에서 개발 또는 도입하고 있는 유럽 표준형 열차제어시스템(ETCS)와 호환이 가능하도록 기본 모델로 삼아 현재 국내 운영 중인 철도 실정에 적합한 한국형 열차제어시스템(KRTCS-2)을 독자 기술로 개발 확보함으로써 국내 철도산업의 활성화 및 국외 철도시장의 진출 및 수주를 기대할 수 있도록 하고, 국내 신호시스템 표준화를 이루고자 한다.
제안 방법
0d)을 비롯하여 국내 표준규격(KRS, KRSA, KRCS 등)을 활용하였다. 1차년도(2015년 1월~7월)에 열차제어시스템 표준사양에 필요한 요구사항 수집 및 분석을 통해 요구사항 분석서 초안을 작성하였다. 이를 기초로 하여 2차년도(~2016년 5월)에는 국내외 사례 조사 분석과 표준사양을 적용이 가능한 노선을 조사하여 일반 및 고속철도용 시스템 요구사양(SRS: System Requirement Specification) 및 기능요구사항(FRS: Functional Requirement Specification), 시험노선 적용 타당성 조사, 환경 요구사항 등을 검토하였다.
UIC 표준방식인 ETCS는 GSM-R 통신으로 전화번호 기반의 무선전송 방식이나, KRTCS-2는 LTE-R 통신을 이용한 IP기반의 무선전송 방식을 사용하고 있다. 기본적인 전송규칙은 UIC 표준방식인 ETCS 호환이 가능하도록 하기 위해 KRTCS-2용 메시지(Fig. 3)구조도 ETCS 표준 전송규칙을 준수하였으며, KRTCS-2 메시지에 정해진 변수와 패킷의 구성 또한 ETCS와 호환할 수 있도록 동일한 변수와 패킷으로 표준사양(안)을 작성하였다. 다만 한국의 철도운영실정에 맞는 추가적인 정보와 고유한 국가값(National Values) 항목을 KRTCS-2 설정 값으로 반영하여 표준형식을 만들었다.
3)구조도 ETCS 표준 전송규칙을 준수하였으며, KRTCS-2 메시지에 정해진 변수와 패킷의 구성 또한 ETCS와 호환할 수 있도록 동일한 변수와 패킷으로 표준사양(안)을 작성하였다. 다만 한국의 철도운영실정에 맞는 추가적인 정보와 고유한 국가값(National Values) 항목을 KRTCS-2 설정 값으로 반영하여 표준형식을 만들었다.
이를 기초로 하여 2차년도(~2016년 5월)에는 국내외 사례 조사 분석과 표준사양을 적용이 가능한 노선을 조사하여 일반 및 고속철도용 시스템 요구사양(SRS: System Requirement Specification) 및 기능요구사항(FRS: Functional Requirement Specification), 시험노선 적용 타당성 조사, 환경 요구사항 등을 검토하였다. 또한 기능요구사양서와 성능요구사양서 초안을 작성하여 표준사양서(안) 작성에 참고자료로 활용하도록 하였으며, 3차년도(~2017년 3월)에 시험선로(익산~정읍)에 차상 열차제어시스템과 지상 RBC(Radio Block Center)간 인터페이스시험을 시행하여 작성된 표준사양에 대한 검증 확인 작업을 통해 일반?고속철도용 열차제어시스템의 표준사양(안)을 완성하고자 한다.
표준사양(안)에서는 KRTCS-2의 운영에 필요한 이동권한(MA: Movement Authority), LTE-R을 이용한 무선통신관리, “지상→차상”과 “차상→지상”으로 보내는 데이터 패킷의 리스트와 National Values(국가 값), 정보전송 규칙 및 KRTCS-2 패킷, 운전모드 변경, 구배 및 속도 프로파일에 관해 표준사양에 기술하였다. 또한 기타사항으로 장치간 인터페이스와 레벨전환, KRTCS-2 운영시나리오 흐름도, 장치별 성능시험절차 및 방법에 대해 제시하였다.
표준사양(안)은 차상장치와 지상장치와의 인터페이스 관계를 명확하게 하여 상호운영성이 확보될 수 있도록 표준사양(안)을 작성하였다. 열차제어시스템의 구성으로 지상서브시스템과 차상서브시스템을 구분하였으며, Fig. 1과 Fig. 2는 KRTCS-2의 개요도와 KRTCS-2와 LTE-R간의 인터페이스 구성도이다. 표준사양(안)에서는 KRTCS-2의 운영에 필요한 이동권한(MA: Movement Authority), LTE-R을 이용한 무선통신관리, “지상→차상”과 “차상→지상”으로 보내는 데이터 패킷의 리스트와 National Values(국가 값), 정보전송 규칙 및 KRTCS-2 패킷, 운전모드 변경, 구배 및 속도 프로파일에 관해 표준사양에 기술하였다.
1차년도(2015년 1월~7월)에 열차제어시스템 표준사양에 필요한 요구사항 수집 및 분석을 통해 요구사항 분석서 초안을 작성하였다. 이를 기초로 하여 2차년도(~2016년 5월)에는 국내외 사례 조사 분석과 표준사양을 적용이 가능한 노선을 조사하여 일반 및 고속철도용 시스템 요구사양(SRS: System Requirement Specification) 및 기능요구사항(FRS: Functional Requirement Specification), 시험노선 적용 타당성 조사, 환경 요구사항 등을 검토하였다. 또한 기능요구사양서와 성능요구사양서 초안을 작성하여 표준사양서(안) 작성에 참고자료로 활용하도록 하였으며, 3차년도(~2017년 3월)에 시험선로(익산~정읍)에 차상 열차제어시스템과 지상 RBC(Radio Block Center)간 인터페이스시험을 시행하여 작성된 표준사양에 대한 검증 확인 작업을 통해 일반?고속철도용 열차제어시스템의 표준사양(안)을 완성하고자 한다.
일반·고속철도용 열차제어시스템(KRTCS-2) 표준사양(안)은 일반철도 및 고속철도에 대한 기술적으로 필요한 기능 및 요구사항에 관한 것으로 사양을 작성하는 목적 및 대상 적용범위에 대해 언급하였으며, 기술적으로 접근하는 기초자료로 ETCS Subset-026(2.3.0d)을 비롯하여 국내 표준규격(KRS, KRSA, KRCS 등)을 활용하였다.
표준사양(안)에서는 KRTCS-2의 운영에 필요한 이동권한(MA: Movement Authority), LTE-R을 이용한 무선통신관리, “지상→차상”과 “차상→지상”으로 보내는 데이터 패킷의 리스트와 National Values(국가 값), 정보전송 규칙 및 KRTCS-2 패킷, 운전모드 변경, 구배 및 속도 프로파일에 관해 표준사양에 기술하였다.
성능/효과
또한 개념단계부터 요구사항을 분석하고, 요구사항을 반영하여 작성한 설계서(기술규격, 사양서, 도면 등)에 대해 상세화 및 설계에 반영하여 작업을 하고, 구현단계에서는 설계서에 따른 제작 과정을 검증하여 요구사항을 충족여부를 단위시험(제작사 자체시험), 종합시험(Fig. 4 상호호환성시험) 및 시스템시험(Fig. 5 시험선로 구간에서 실차 적용시험)을 통해 신뢰성을 확보하도록 하고, 또한 별도로 안전성 독립기관에서 안전관련 시스템이 요구되는 주어진 시간과 조건 하에서 요구하는 안전관련 기능을 정상적으로 수행할 수 있는 확률과 RISK 정도에 따라 안전관련 시스템의 기능이 확보해야 할 등급을 결정하는 SIL(Safety Integrity Level)인증을 획득할 수 있도록 설계단계에서 부터 최종 시험단계까지 각종 검증을 통해 최고 등급의 SIL 4(Safety 99.99% 이상)를 획득하여 신뢰성을 확보 할 수 있도록 할 것이다.
또한 표준사양 체계와 내용이 신호시스템의 기술발전 추세를 반영하기 위해 국내 철도분야 전문가를 초빙하여 표준사양과 관련된 공청회를 개최하여 사양서 작성에 필요한 중요한 의견들을 수렴하였으며, 다른 한편으로 운영기관 및 각 관계기관들로 구성된 워킹그룹 조직을 만들어 개발 중인 열차제어시스템에 관련된 자문 및 의견들을 수렴하여 표준사양서(안) 작성의 완성도를 높일 수 있도록 하였다.
후속연구
3km 구간에 KRTCS-2시험을 실시할 수 있는 LTE-R 인프라를 구축하였다. 구축된 구간에서 HEMU-430 차량을 개조하여 350km/h급 속도를 통해 열차제어시스템 및 LTE-R 속도검증, 핸드오버, 성능시험, 궤도회로를 통한 열차검지, 열차 무결성 확인 등 여러 가지 시험을 실시하여 표준사양(안)의 기능요구사양 및 성능요구사양을 충족하도록 하여 신뢰성을 확보할 예정이다.
국내의 경우 다양한 열차제어시스템(ATP, ATC, ATS)이 운영되고 있는 현실에서 KRTCS-2 개발을 통해 표준사양(안)이 확정된다면 신호시스템의 통합 및 표준화를 위한 중요한 지침이 될 것이다. 본 연구결과를 통해 일반 및 고속철도용 한국형 무선기반 열차제어시스템 표준사양(안)을 확정하고, 확정된 표준사양(안)을 법제화함으로써 세계 철도시장에 대한 경쟁력 학보 및 사업 진출을 위한 토대를 마련하여 대한민국 철도신호 기술의 세계화를 위한 기술 발전에 획기적인 변화를 기대한다.
신호시스템 안정과 신뢰도를 높이는 결과를 가져오기 위해서는 안전 표준의 관리지침에 따라 설계하여 차상장치는 물론 지상 장치의 안전을 향상시킬 수 있도록 하는 것과 동시에 시스템의 생명 주기에 따라서 설계를 명확하게 규정하도록 하고, 특히 안전 평가를 받는 SIL4 인증은 일반·고속철도용 열차제어시스템의 신뢰도 및 안전성을 평가하는 척도가 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유럽에서 운행하는 철도 차량은 모든 국가에 동일하게 적용되는 표준 사양이 적용된 이유는 무엇인가?
유럽의 ETCS 시스템에서 요구하는 상호 운영성 확보의 필요성은 많은 다양한 형태의 철도가 국가와 국가사이 국경을 이동 함에 있어 서로 다른 신호, 제어 및 통신시스템으로 구성되어 있어 빈번한 상호운행에 의해 많은 문제점이 야기되었다. 또한 철도 차량을 운행함에 있어 신호, 제어 및 통신시스템이 상호 호환이 가능하며, 공통되고 표준화된 시스템을 구축하여 운행하는 것이 운영 효율성 관점에서 많은 필요성이 대두되었다. 그래서 유럽에서 운행하는 철도 차량은 모든 국가에 동일하게 적용되는 표준 사양을 마련하였으며, 차량에 장착된 장치들은 서로 다른 장비 및 통신체계에서도 완벽한 호환이 가능하도록 하는 공통된 표준 사양은 필수 불가결하고 절대적인 사안으로 되었다.
일반 및 고속철도용 열차제어시스템의 표준 사양을 제시한 이유는 무엇인가?
대한민국의 경우에도 ATS(열차자동정지장치), ATP(열차자동방호장치), ATC(열차자동제어장치), CBTC(무선기반 열차제어시스템) 등 다양한 신호체계가 운영되고 있으나, 기 개발된 도시철도용KRTCS-1은 IEEE1474(CBTC) 표준을 채택하여 개발되었고, 특히 ATP와 호환성이 없어서 일반 및 고속철도에 사용하기에는 적합하지 않아 일반 및 고속철도에 적합하게 표준화 및 상호운영성 확보가 요구되고 있어 이런 중요성에 부흥하여 500km/h까지 적용 가능한 LTE-R 기반 일반ㆍ고속철도용 무선기반 열차제어시스템(이하 KRTCS-2 라 한다) 표준사양(안)을 작성하여 국내 철도의 안전성, 신뢰성 및 운영 효율성이 증대될 수 있도록 일반 및 고속철도용 열차제어시스템의 표준 사양(안)을 제시하고자 한다.
고속화 및 자동화 추세에 따라 어떤 기술이 발전하는가?
고속화 및 자동화 추세에 따라 열차제어시스템(TCS: Train Control System)은 유선으로 정보를 주고받는 기술에서 무선을 이용한 제어방식으로 기술이 발전되고 있으며, 무선방식도 2세대의 GSM-R에서 4세대 통신인 LTE를 적용한 LTE-R 무선통신 기술이 적용되고 있다. 따라서 무선통신(LTE-R)을 적용한 일반(250km/h이하) 고속철도(350km/h)용 열차제어시스템(KRTCS-2: Korea Radio based Train Control System-2, 이하 KRTCS-2라 함)에 적합한 표준사양(안)을 작성하고, 표준사양(안)을 기반으로 제작한 시작품을 일반열차 및 고속열차에 설치하고, 호남 고속선(정읍~익산) 및 원주-강릉선에 시험선을 구축하여 다양한 성능시험을 통해 표준사양(안)의 신뢰성 및 안전성을 확보하고자 한다.
참고문헌 (9)
J.H. Park, S.A Hong, S.Y. Jang, H.S. Kim (2016) A study on the function classification for korea train control system, Spring conference of the Korean Society for Railway, Jeaju, pp. 687-691.
J.H. Park, S.A Hong, S.Y. Jang, H.S. Kim. (2016) A study on the interface for korean radio-based train control system, Autumn conference of the Korean Society for Railway, Jeaju, pp. 576-580.
C.H. Kim, J.W. Park, H.S. Yun, K.G. Lee, et al. (2016) Technology Analysis of LTE-R based 350km/h-class with Korean Radio based Train Control System(KRTCS) for Conventional & High speed railway, Spring conference of the Korean Society for Railway, Gyeongju, pp. 640-645.
C.H. Kim, J.W Park, K.G. Lee, D.I. Sung, et al. (2016) Study on the standard specification of korea radio based train control system( KRTCS) for conventional & high speed railway, Autumn conference of the Korean Society for Railway, Jeaju, pp. 6-12.
S.W. Heo, J.W. Park, H.S. Yun, D.I. Sung, et al. (2015) Practical use of LTE-R based Korean train control system(KTCS) for conventional( freight) railway & high speed railway, Spring conference of the Korean Society for Railway, Mokpo, pp. 315-320.
D.I. Yang, C.L. Li, S.H. Oh, K.S. Lee, et al. (2013) A study on the standard level establishment of railway signaling in Korea, Autumn conference of the Korean Society for Railway, Deagu, pp. 1240-1243.
H. Gunner, H. Frans, L. Karin, P. Jacques, S. Peter, K.h Suwe, Z. Patrick (2011) ETCS for Engineers, International Railway Signaling Engineers, London, pp. 15-139.
S.M. Lee, C.H. Park, S.Y. Go, K.W. Chang, et al. (2010) Korea institute construction transportation technology evaluation planning, Railway Signal System Detailed Planning Research Report.
J.G. Kim, D.C. Yang, G.D. Kim, G.Y. Yang, et al. (2008) Korea institute construction transportation technology evaluation planning, A study on standardization of Urban Railway Signal System.
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