ERTMS/ETCS Level 2 is currently planning, making contract, constructing and operating at several lines in European well-developed railway countries different from past ten years ago, and applying extensively for purpose of its intercompatibility and operational efficiency, and economic feasibility. ...
ERTMS/ETCS Level 2 is currently planning, making contract, constructing and operating at several lines in European well-developed railway countries different from past ten years ago, and applying extensively for purpose of its intercompatibility and operational efficiency, and economic feasibility. On the other hand, ATP system correspond to ETCS Level 1, which was domestically introduced in early 2000, has introduced, operated, and planned or constructed in national railwaynetwork, but the lines, which its improvement period is come, are being occurred starting Gyeongbu Line. Therefore, we study the consideration and construction plan by stages if LTE-R Korean Radio-based Train Control System for conventional & high-speed railway under domestic development is extensively applied as the third National Railway Network Construction Plan was announced.
ERTMS/ETCS Level 2 is currently planning, making contract, constructing and operating at several lines in European well-developed railway countries different from past ten years ago, and applying extensively for purpose of its intercompatibility and operational efficiency, and economic feasibility. On the other hand, ATP system correspond to ETCS Level 1, which was domestically introduced in early 2000, has introduced, operated, and planned or constructed in national railwaynetwork, but the lines, which its improvement period is come, are being occurred starting Gyeongbu Line. Therefore, we study the consideration and construction plan by stages if LTE-R Korean Radio-based Train Control System for conventional & high-speed railway under domestic development is extensively applied as the third National Railway Network Construction Plan was announced.
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문제 정의
유럽이나 중국 보다 늦은 감이 있으나 현재 국내에서도 국토부 연구과제로 일반·고속철도용 LTE-R(Long Term Evolution - Railway) 기반 한국형열차제어시스템(이하 "KRTCS-2")을 개발 중에 있어 해외로부터 기술의존으로부터 독립하기 위한 노력을 진행 중에 있다. 이와 관련하여 본 논문은 해외/국내 ETCS 적용현황 및 국내 열차제어시스템의 발전방향과 KRTCS-2를 국내 철도 네트워크에 적용할 경우 고려사항과 제3차 국가철도망구축계획과 전국 철도의 신호제어시스템의 개량 시기에 따른 단계별 적용방안에 대해서 기술하였다.
제안 방법
이러한 유럽 철도신호시스템은 그림 1에서 보는 바와 같이 개별 국가별 자체 신호시스템을 배제하고 유럽표준사양인 ETCS를 확대 적용하고 있으며, 이와 더불어 GSM-R을 이용한 ETCS Level 2의 확대 적용은 더욱 가속화 될 것으로 예상되고 있다. 또한, 동유럽 국가(체코, 헝거리 등)들도 활발하게 ETCS Level 2 적용을 적극 추진하고 있는 것으로 참고문헌 [1], [2]을 기반하여 분석되었다.
다음은 참고문헌 [3]의 자료를 검토하여 국내에 신규 KRTCS-2를 적용할 경우 고려사항에 대해 분석하였다.
단계별 총 연장은 기존 운영노선과 제3차 국가철도망구축계획 노선을 포함하여 약 20,084km로서 일반철도, 고속철도 및 광역 철도로 구분할 수 있으며, 표 2와 같이 KRTCS-2의 단계별 노선 연장을 계획하였다.
성능/효과
또한, ETCS의 전 세계 적용현황 검토 했을 때에도 유럽의 현황과 다른 점이 없는 것으로 검토되었다. 이러한 변화의 이유는 ETCS Level 1로 시스템을 운영 및 유지보수 하는 것보다 더욱 스마트해진 시스템으로 신뢰성, 안전성, 경제성 및 설비의 간소화로 유지보수성이 향상되었음을 증명하는 것이며, 이에 따라 ETCS Level 2 시스템은 더욱 확대 적용될 것으로 참고문헌 [1], [2]을 기반하여 분석 되었다.
(3) 안전성 측면: 기존의 무선통신기반열차제어(CBTC, Communication Based Train Control) 시스템에서는 열차위치 및 열차무결성의 변화는 제어시스템 설계 내에서 시스템 안전의 균형에 분명한 영향을 준다. 하지만 KRTCS-2는 궤도회로 기반의 열차의 위치 검지로 기존의 CBTC 시스템 보다는 데이터의 무결성으로 부터 조금 더 자유롭지만 기존 설비인 연동장치와 RBC간 데이터 인터페이스 및 RBC에서 차상치로의 이동권한을 LTE-R망을 통해 전송되는 데이터 무결성이 입증되어야 안전성이 보장될 것이다.
(6) 시스템 적용 측면: 열차에 KRTCS-2 차상장치를 기존 차량에 장착하는 것은 신규 차량에 새로이 장착하는 것 보다 비용적 부담이나 기존 설비와 내에서 개량을 해야 하기 때문에 물리적 공간 확보 측면에서 더욱 어려운 환경이라 판단되므로 기존 차량에 차상장치 설치를 위한 계획 수립시 전자 랙의 크기와 설치공간 확보, 케이블 경로 확보, 전력공급용량도 고려되어야 할 것이다.
(7) 열차의 무결성과 열차길이 측면: 광역철도에 무선통신기반 열차제어시스템을 적용할 경우 고려되어야 하는 사항으로서 기존에 궤도회로가 있는 일반 및 고속철도구간에서는 고려할 필요는 없다. 따라서 광역철도에 적용시 차상장치 또는 열차관리시스템으로부터 전송되는 정보를 사용하여 열차길이 입력정보의 검증작업과 최소한 자체적으로 열차무결성 확인 작업의 두 가지 모두가 검증되어야 한다.
(9) 일정측면: 외국 사례의 연구보고서에서는 ETCS Level 3가 기획 단계부터 시험을 거- 표준사양이 수립되기 까지 철도 운영자, 시설 관리자와 또한 시스템 공급자들과의 컨설팅에서 개략적으로 10~15년 정도의 기간이 좀 더 현실적이라고 말하고 있다. 따라서, KRTCS-2는 기존에 유럽에서 적용된 시스템요구사양서(SRS) 및 기능사양(FRS)가 이미 정의되어 있기 때문에 위의 사례 보다 적용기간이 앞 당길 수 있을 것으로 보고 있지만 이를 달성하기 위해서는 각 분야별로 주어진 기한 내에 신뢰성, 상호호완성 또는 상호 운영성 등의 시험이 차질 없이 진행 되어야 할 것이다.
또한 시스템 개량 측면에서 장치들에 대한 개량에 대한 우선 순위를 검토해 볼 수 있는데, 이와 관련하여 지상시스템이 먼저 개량되고 이후 차상장치의 개량이 매우 늦어질 경우, 차상장치의 개량이 완료될 때까지 기존 지상시스템을 운영해야하기 때문에 유지보수적 및 경제적 관점에서 지상시스템 개량 효과가 반감될 수 있을 것으로 판단된다. 따라서, 차상설비 개량은 지상설비의 개량계획과 일치될 수 있도록 하여 시스템의 운영 효율화를 증대시켜야 할 것이다.
후속연구
따라서, "일반 · 고속열차 무선통신 및 제어 시스템 실용화" 과제에서 개발 추진중인 "KRTCS-2"의 지상 및 차상장치를 적용할 수 있는 노선계획을 수립하여 국내에서도 가급적 빠른 시일 내에 시스템 검증을 완료하고 현장에 적용하여 해외 철도선진국 및 중국과의 기술 격차를 줄여 해외에서 국내 기술을 소개할 수 있는 기반이 마련되어야 할 것이다.
이와 같은 차상 및 지상설비가 개발이 완료된다면 기존 해외 시스템사의 기술 종속으로부터 완전히 자립할 수 있는 계기가 될 수 있을 것으로 판단되며, 기존 ATP 시스템을 해외 제작사의 제품으로 개량할 경우에 해외사는 기술의 독점적 지위를 이용하여 시스템 비용을 과다하게 요구할 것으로 예상되는바, 이를 수용할 경우 해외 시스템사로 부터 기술적인 종속이 계속될 수 있을 것으로 판단할 수 있다. 따라서, "일반 · 고속열차 무선통신 및 제어 시스템 실용화" 과제에서 개발 추진중인 "KRTCS-2"의 지상 및 차상장치를 적용할 수 있는 노선계획을 수립하여 국내에서도 가급적 빠른 시일 내에 시스템 검증을 완료하고 현장에 적용하여 해외 철도선진국 및 중국과의 기술 격차를 줄여 해외에서 국내 기술을 소개할 수 있는 기반이 마련되어야 할 것이다.
(1) 신뢰성 측면: KRTCS-2 적용시 RBC/LTE-R에서 차상제어장치로 RBC에서 인접 RBC로의 상호 인터페이스가 종합적으로 달성되어 시스템의 신뢰도를 높여야 하는데, 이 문제는 단지 하드웨어 고장과 연관성이 없더라도 소프트웨어 관점에서 데이터 무결성을 달성해야 한다. 또한, 기존에 시설되어 있는 철도신호제어장치의 개량은 현실적인 문제에 대해 더 근본적인 계획이 수립되어야 하며, 새로운 시스템 적용시 문제가 될 수 있는 기존설비와 신규 설비간의 통합문제에서 발생 될 수 있는 시스템 신뢰도에 대한 문제가 발생될 가능성을 열어놔야 하며, 이에 대한 구체적인 대안 마련이 필요하다고 할 수 있다. 화물열차가 적재한 경우와 적재하지 않은 경우에 질량의 차이가 발생하므로 제동성능에서 큰 차이가 발생할 수 있는데 이러한 열차의 다양한 파라미터의 선택은 혼합된 철도 운영시스템에서는 궤도회로를 가진 노선에만 적용이 가능하다고 판단되고 있다.
화물열차가 적재한 경우와 적재하지 않은 경우에 질량의 차이가 발생하므로 제동성능에서 큰 차이가 발생할 수 있는데 이러한 열차의 다양한 파라미터의 선택은 혼합된 철도 운영시스템에서는 궤도회로를 가진 노선에만 적용이 가능하다고 판단되고 있다. 또한, 신호시스템의 유연성 있는 설계를 통해 향후 ATO의 일부 기능 지원을 고려한 시스템의 모듈화를 고려한다면 미래에 발생될 수 있는 철도신호 시스템의 환경 변화에 따라 능동적이고 유연하게 대처할 수 있도록 고려되어야 한다.
(2) 유지보수 측면: KRTCS-2에서 지상신호설비인 역간의 신호기, 폐색장치 및 가변 발리스 등의 시설물들이 제거가 되어 기존의 유지보수 형태가 변할 수 밖에 없는 현실이므로 현행 유지 보수의 방법 등이 새로운 시스템의 안전도가 향상이 되는 방향으로 개정되어야 할 것으로 예상된다.
(5) 개발적 측면: ERTMS Level 2는 오랜 기간 동안의 개발 역사를 가지고 있으며 Level 2는 2001-2003년에 스위스에서 가졌던 시범적용사업 후에 유럽 전반에 걸- 운영의 안정성과 신뢰성을 확보하고 있으며, 현재 국가간 열차의 이동에 따른 안전성 보장을 위한 국가간 운영규칙이 마련된 상태로 운영 중에 있다. KRTCS-2는 국내 적용이 이러한 국가간 이동에 따른 인터페이스 사항을 고려할 필요는 없지만, 향후 해외로 수출할 경우를 대비하여 제3의 국가에 제품을 수출해야 할 경우를 대비하여 해외 유럽의 사례를 벤치마킹을 하여 국가간 상호 운영성에 유연하게 대처할 수 있는 제품으로 개발되어야 한다.
끝으로, KRTCS-2의 성공적인 개발을 통해 부분적으로 기술자립이 아닌 온전한 기술자립으로 국내 노선에 적용할 뿐만 아니라 해외로 진출할 수 있는 교두보를 만들 수 있도록 철저한 시스템 검증이 진행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ATP 시스템은 국내에서 어떻게 적용되고 있는가?
국내 철도신호시스템의 ATP 시스템(ETCS Level 1) 적용은 2010년에 경부선, 호남선 사용개시를 시작으로 전라선, 경춘선 등 국내 주요 간선철도에 적용되고 있으며, 신설노선에도 지속적으로 확대 적용하고 있다. 그림 4에서 보는 바와 같이 2016년도 기준으로 ETCS Level 1 적용된 운영 노선은 약 1,090km로 것으로 검토 되고 있으나, 현재 원주강릉선, 평창올림픽지원선 등의 노선에서 시공 중에 있으며, 설계 중인 다수의 노선에도 적용되고 있는 것으로 정부산하기관의 입찰정보를 통해 조사되었다.
ATP 시스템의 차상장치는 어떻게 운용중인가?
유럽의 여러 철도선진국과 중국은 ETCS Level 2를 적극 적용하고 있는 반면, ETCS Level 1을 확대 적용하고 있는 실정이나 다행히 최근 3년 전 부터 국내는 ETCS Level 2와 동등 수준의 시스템인 KRTCS-2가 개발 중에 있다. 현재 국내에 운용중인 ATP 시스템의 차상장치는 해외사의 시스템을 도입하여 운용중에 있고, 지상장치는 모두 국산화되어 현장에 시설되어 운영되고 있다. 이러한 기존 시스템을 응용하여 유럽표준사양을 만족하는 순수 국내 기술로 KRTCS-2를 개발하기 위해서는, 우선 외국기술에 의존하지 않은 기술의 차상장치의 개발이 필요하며, 지상장치 부분에서는 기존 폐색정보를 연동하여 열차의 이동권한(MA, Movement Authority)을 차량으로 제공해 주는 선로변제어유니트(LEU, Line-side Electronic Unit)의 기능을 구현한 무선폐색센터(RBC, Radio Block Center)의 개발이 필요하다.
ATP 시스템를 응용하여 유럽표준사양을 만족시키는 것을 개발하기 위해서는 어떤 것이 필요한가?
현재 국내에 운용중인 ATP 시스템의 차상장치는 해외사의 시스템을 도입하여 운용중에 있고, 지상장치는 모두 국산화되어 현장에 시설되어 운영되고 있다. 이러한 기존 시스템을 응용하여 유럽표준사양을 만족하는 순수 국내 기술로 KRTCS-2를 개발하기 위해서는, 우선 외국기술에 의존하지 않은 기술의 차상장치의 개발이 필요하며, 지상장치 부분에서는 기존 폐색정보를 연동하여 열차의 이동권한(MA, Movement Authority)을 차량으로 제공해 주는 선로변제어유니트(LEU, Line-side Electronic Unit)의 기능을 구현한 무선폐색센터(RBC, Radio Block Center)의 개발이 필요하다.
참고문헌 (4)
UIC & UNIFE, ATLAS of ERTMS worldwide implementation, Editions Techniques Ferroviaires Railway Technical Publications, pp. 10-52, 2007.
UIC & UNIFE, ERTMS ATLAS 2016, International Union of Railways (UIC), 2016.
Mike Grimsey, ERTMS Level 3 Risks and Benefits to UK Railways, Transport Research Laboratory, pp. 32-40, 2010.
Dr. Peter Winter, Implementing the European Train Control System ETCS Opportunities for European Rail Corridor, UIC, pp. 15, 17, 2003.
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