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문제 정의
- 이렇게 정의된 타 시스템간 프로토콜 인터페이스는 대불선에서 영업중인 열차를 대상으로 운영조건(열차 2편성, 임시모의역사, 단선 양방향 운전 등)하에서 제한적으로 검증이 이루어 졌다. 이에 본 논문에서는 KRS로 제정된 KRTCS 프로토콜의 작성과정을 분석하여 KRTCS가 상호운영성을 보장하고 있는지를 확인하고, KRTCS 프로토콜을 도시철도 신설노선과 개량노선에 적용함에 있어서 고려해야 할 사항을 제시하고자 한다.
제안 방법
- ETCS는 차상과 지상간 통신방식은 GSM-R을 사용하고 있는데, GSM-R은 KRTCS에서 사용한 무선LAN 또는 LTE-R과달리 데이터통신지연시간이 길다. ETCS는 GSM-R이 갖고 있는 통신특성 때문에 메시지를 이벤트적으로 보내는 방식을 선정했으며, 메시지의 종류가 KRTCS보다 많다. 일반철도와 고속철도에 적용되는 ETCS의 통신방식에 LTE를 적용할 것으로 예상되고 있기 때문에, KRTCS와 같이 주기적인 메시지와 비주기적인 메시지를 사용할 것으로 예상된다.
- KRTCS 목적인 상호운영성을 확보하기 위해서 장치별 임무설정, 장치별 기능배치, 장치간 인터페이스 정의 및 장치간 프로토콜을 설정하였고, 이를 검증하기 위해서 표 3의 종합성능시험항목중에서 상호운영성 검증에 필요한 성능시험항목을 표 8과 같이 설정하고, 표 9와 같이 상호운영성 시험조합을 작성하였다. 표 8의 성능시험항목은 표 3의 종합성능시험항목중 지상설비와 차상설비가 연계되는 항목을 선정하였다.
- 일반적으로 신뢰성과 안전성이 높은 vital한 설비는 장치간 인터페이스 링크구성에 TCP/IP를 사용하고 있으나, KRTCS는 실시간성이 매우 중요하기 때문에 UDP/IP를 사용하였다. KRTCS는 UDP/IP의 신뢰성과 안전성을 보완하기 위해서 수신측 장치에서 통신중단 또는 데이터지연이 발생할 경우, 안전측(fail-safe)으로 동작하도록 설계되었다. 예를 들어 열차이동권한이 1.
- KRTCS는 그림 1의 지상설비와 차상설비간 상호운영성을 보장하기 위해서 표 2를 토대로 장치별 임무설정, 장치별 기능배치, 장치간 인터페이스 정의 및 장치간 프로토콜을 설정하였다.KRTCS는 무인운전을 지원하기 때문에 그림 1과 같이 ATS와 EI간 전송정보, ATS와 WATP간 전송정보, WATP와 OATP간 전송정보, ATS와 OATO간 전송정보, PSD(Platform Screen Door)와 OATO간 전송정보를 정의하였으며, 현재 영업노선에서 사용중인 ATS와 EI를 활용하기 위해서 WATP와 EI간 전송정보, WATP와 ATS간 전송정보를 정의하였다.
- KRTCS는 그림 1의 지상설비와 차상설비간 상호운영성을 보장하기 위해서 표 2를 토대로 장치별 임무설정, 장치별 기능배치, 장치간 인터페이스 정의 및 장치간 프로토콜을 설정하였다.KRTCS는 무인운전을 지원하기 때문에 그림 1과 같이 ATS와 EI간 전송정보, ATS와 WATP간 전송정보, WATP와 OATP간 전송정보, ATS와 OATO간 전송정보, PSD(Platform Screen Door)와 OATO간 전송정보를 정의하였으며, 현재 영업노선에서 사용중인 ATS와 EI를 활용하기 위해서 WATP와 EI간 전송정보, WATP와 ATS간 전송정보를 정의하였다. 간선철도(일반선, 고속선)에 적용되고 있는 ETCS는 수동운전만을 지원하기 때문에 지상에 설치된ATS와 EI간 전송정보, ATS와 WATP간 전송정보, WATP와 OATP간 전송정보을 정의하고 있으며, 무인운전에 필요한 ATS와 OATO간 전송정보, PSD(Platform Screen Door)와 OATO간 전송정보는 정의하지 않고 있다.
- KRTCS는 향 후에 ETCS와의 연계를 용이하게 하기 위해서 ETCS를 참조하여 변수를 구성하였다. KRTCS는 주기적으로 메시지를 전송하기 때문에, 메시지는 여러 개의 패킷과 변수로 구성되도록 하였다.
- KRTCS를 신설선과 개량선에 적용성을 검증하였으나 국내 여건으로 인하여 한계를 갖고 있으나, 향후 보완해야 할 몇 가지 사항을 도출하였다. KRTCS가 안전한 무인운전을 보장하기 위해서는 다양한 안전설비 및 보완설비와 연계를 해야 한다.
- KRTCS의 성능과 상호운영성을 검증하기 위하여 그림 3과 같이 전남 목포 근방의 대불선(일로역∼대불역, 11.25km)에 시스템을 구축하였다.
- 기능정의, 전송정보정의 등의 과정을 거쳐 개발된 KRTCS를 대불선에 구축하여 단계별 기능정검(수동운전, 자동운전, 무인운전)을 완료한 후, ‘도시철도차량의 성능시험에 관한 기준’과 ‘도시철도시설 성능시험기준’을 적용하여 표 3과 같이 종합성능시험을 실시하였다.
- 시험열차에 설치된 TGIS(Train Graphic & Information System)로 인하여 KRTCS의 종합성능시험에 제한이 있었으나, KRTCS프로토콜에 적용된 UDP/IP방식이 수동운전, 자동운전 및 무인운전을 지원하는데 충분한 것을 확인하였다. 또한 3개 컨소시엄이 독자적으로 제작한 지상설비와 차상설비간 상호운영성 시험을 통하여 KRTCS프로토콜의 완성도를 검증하였다. 특히 경량전철의 신호분야 실시설계서를 토대로 KRTCS프로토콜을 영업선에 적용할 수 있음을 확인하였다.
- 철도운영기관은 CBTC 시스템을 도입함에 있어 상호운영성(또는 상호호환성) 확보에 많은 관심을 갖고 있으며, 뉴욕지하철의 CBTC 프로젝트와 파리지하철의 OCTYS(Open Control of Train Interchangeable &Integrated System) 프로젝트가 대표적이다. 또한 IEEE 1474.1(2004)과 같이 CBTC의 기능과 성능요구사항의 규격화를 추진하였다. CBTC 시스템이 상호운영성(또는 상호호환성)을 지원하기 위해서는 CBTC를 구성하는 하부시스템간 프로토콜이 명확히 규정되어야 하고, CBTC 시스템과 타시스템간 프로토콜도 명확히 규정되어야 한다.
- KRTCS는 표준화된 무선통신망(W-LAN 및 LTE-R)을 사용할 수 있으며, 무인운전을 지원한다. 또한 철도운영기관의 요구사항인 KRTCS의 지상설비와 차상설비간 상호운영성을 지원하는데, 이를 위해서 지상 ATP, 차상 ATP 및 차상 ATO(Automatic TrainOperation)의 임무, 각 장치별 기능모듈, 각 기능모듈간 인터페이스사양을 정의하는 일련의 과정을 거쳐서 그림 1과 같이 각 장치간 프로토콜 16종을 정의하였다[5-7]. 이렇게 정의된 타 시스템간 프로토콜 인터페이스는 대불선에서 영업중인 열차를 대상으로 운영조건(열차 2편성, 임시모의역사, 단선 양방향 운전 등)하에서 제한적으로 검증이 이루어 졌다.
- OCTYS CBTC 프로젝트와 달리 KRTCS의 상호운영성을 확보하는데 필요한 요구사항을 KRS규격으로 제정한 것이 큰 특징이다. 이를 위해서 표1과 같이 여러 제작사가 참여하여 각종 사양서를 공동으로 작성하였고, 3개 컨소시엄이 공동으로 작성된 사양서를 기준으로 지상에 설치되는 WATP와 차상에 설치되는 OATP/ATO을 독자적으로 제작하였다.
- 열차제어용 무선통신망으로 무선LAN과 LTE-R을 설치하였으며, 임시역사도 5개소를 간이로 설치하였다. 일로역에는ATS, WATP, 전자연동장치를 설치하였고, 대불종점역에는 WATP, 전자연동장치, 선로전환기(신호기 포함) 및 PSD(Platform ScreenDoor)를 설치하였다. 대불종점역에서는 선로전환기를 직접 제어하여 진로제어기능을 검증하고, PSD를 직접 제어하여 무인운전기능을 검증할 수 있도록 하였다.
- 종합성능과 상호운영성이 검증된 KRTCS를 도시철도노선에 사용하는데 있어서 보완사항을 점검하기 위해서 실시설계중인 신림경전철을 대상으로 적용성을 점검하였다. 신림경전철은 선로길이7.
- 철도표준규격(KRS)로 고시된 한국형 열차제어시스템인 KRTCS의 프로토콜 개발과정, 상호운영성 검증 및 신설노선과 개량노선에 대한 적용성을 분석하였다. 무선통신방식을 적용한 CBTC 시스템은 궤도회로방식에 비해서 시스템구성이 단순하지만, 열차제어시스템이 상호운영성을 지원하기 위해서는 서브시스템간 프로토콜을 정의하여야 하고, 이를 규격화하여 시스템의 적용성을 지원하여야 한다.
대상 데이터
- 25km)에 시스템을 구축하였다. 열차제어용 무선통신망으로 무선LAN과 LTE-R을 설치하였으며, 임시역사도 5개소를 간이로 설치하였다. 일로역에는ATS, WATP, 전자연동장치를 설치하였고, 대불종점역에는 WATP, 전자연동장치, 선로전환기(신호기 포함) 및 PSD(Platform ScreenDoor)를 설치하였다.
성능/효과
- KRTCS의 자동화수준(수동운전, 자동운전 및 무인운전)별 상호운영성 지원에 목적을 두고 개발된 KRTCS프로토콜을 신설선과 개량노선에 적용할 수 있는 것을 확인하였으나, KRTCS를 중심으로 도시철도운영효율성과 가용성을 보다 높이기 위해서는 KRTCS와 전력관제설비(SCFADA), 안전설비·보완설비 등과 연계하기 위한프로토콜 보완 연구가 필요한 것을 확인하였으며, 기존선의 노후신호설비를 개량할 경우, KRTCS 프로토콜의 변경이 없도록 하기 위해서 차상에 KRTCS와 연계하기 위한 인터페이스 모듈의 추가를 제안하였다.
- 표 9의 시험조합은 인접제어영역의 제어장치(WATP)와의 열차제어권 이관(handover)를 같이 확인할 수 있도록 하였다. 성능시험항목(18개)에 대한 시험조합(12회)를 적용한 결과 상호운영성확보을 확인하였다.
- 시험열차에 설치된 TGIS(Train Graphic & Information System)로 인하여 KRTCS의 종합성능시험에 제한이 있었으나, KRTCS프로토콜에 적용된 UDP/IP방식이 수동운전, 자동운전 및 무인운전을 지원하는데 충분한 것을 확인하였다.
- 또한 3개 컨소시엄이 독자적으로 제작한 지상설비와 차상설비간 상호운영성 시험을 통하여 KRTCS프로토콜의 완성도를 검증하였다. 특히 경량전철의 신호분야 실시설계서를 토대로 KRTCS프로토콜을 영업선에 적용할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
- KRTCS는 WATP의 구성품인 정거장제어장치를 이용하여 안전설비 또는 보안설비와 직접 연계하는 것이 가능하다. 이를 통하여 KRTCS의 WATP가 안전설비 또는 보안설비와 바로 연계하면 사고시 대응이 신속할 수 있으나, 안전설비 또는 보안설비의 추가 또는 변경시 WATP도 변경될 수 있어 KRTCS기능을 체계적 관리에 어려움이 예상되기 때문에 추가적인 시스템 관리방안 마련이 필요하다고 하겠다.
- 신림경전철의 설계보고서를 토대로 KRTCS 프로토콜의 적용성 분석에 한계가 있으나, 신림경전철의 열차제어시스템 구조가 KRTCS구조와 동일하고, 타시스템과의 인터페이스가 매우 유사한 것을 확인하였기 때문에 KRTCS 프로토콜을 적용하는데 문제가 없을 것으로 판단된다. 향 후에도 KRTCS의 상호운영성을 보장하기 위해서는 안전설비와 보완설비를 추가로 규정하고, 이를 토대로 프로토콜을 포함한 인터페이스사양을 마련하여야 한다. 또한 전력에너지효율성을 높이기 위한 전력관제설비와 KRTCS간 프로토콜을 규정해야 한다.
- 단지 KRTCS 차상장치의 설치가 완료될 때까지 기존 신호설비와 KRTCS 시스템을 혼용(또는 절체)하는 과정을 거친 후 완전한 KRTCS 시스템으로 전환할 때까지 과도적인 기간이 발생하며, 차량설치작업이 충분히 지원되는 경우 2년 내에 개량사업이 완료된 사례가 있다. 현재까지 노후신호설비를 KRTCS(또는 CBTC)로 개량한 국내 사례가 없는 관계로 적용성을 분석하는 것에는 한계가 있으나, 과도기간 동안에 KRTCS 차상장치와 개량대상 신호설비의 지상설비와 연계할 수 있도록 추가로 인터페이스 모듈을 KRTCS 차상장치에 설치해야 할 것으로 판단된다.
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