[논문]국산화를 위한 CBTC 핵심장치개발 연구

김윤배; 윤호석

문제 정의

국내에서 보유한 기술의 장점을 활용하여 CBTC 핵심장치 개발 시 고려해야 할 점들과 두개의 컨소시엄으로 진행되는 과정에서 서로 협력할 부분과 상호 호환성을 위해 고려해야 할 점들을 살펴보기로 하자. 우선 가장 핵심적인 부분인 지상과 차상의 통신부분은 철도기술연구원에서 구축할 인증 시험 센터용 시험선 인프라구축의 한 부분으로 두개의 컨소시엄이 공통으로 사용될 것이다.
국내 철도신호 분야의 14개 업체가 참여하여 기본 도시철도 및 광역철도의 수요에 맞도록 개발사양서 초안을 작성하였고 참여 업체들이 자발적으로 2개의 컨소시엄을 구성을 하였다. 본 연구에서는 향후 CBTC 핵심장치 개발에 있어 해외개발 사례 및 표준화 부분의 고찰 및 우리가 고려해야 할 점 등을 살펴보고, 각 부분의 핵심 분야에 대하여 고찰하고자 한다.
참여업체는 각각의 작업분과 위원회에 참여의사에 따라 참여하였으며, 각 서브시스템 별 분과위는 사령설비(ATS), 지상ATP, 차상장치(ATO/ATP), 연동장치 및 통신장치로 구성되었다. 현재 완성된 초안의 시스템 사양서는 향후 각 컨소시엄에서 추진될 시스템 개발과정에서 철도기술연구원과 협력적인 관계로 두 컨소시엄이 협조하여 공유될 부분은 공유하여 상호 호환성을 갖춘 시스템을 개발하는 것이 목적이다.

제안 방법

2007년 중반기부터 한국철도 기술연구원 주도하에 CBTC 핵심장치 개발에 대한 국산화 프로젝트를 위한 준비가 진행되었다. 국내 철도신호 분야의 14개 업체가 참여하여 기본 도시철도 및 광역철도의 수요에 맞도록 개발사양서 초안을 작성하였고 참여 업체들이 자발적으로 2개의 컨소시엄을 구성을 하였다. 본 연구에서는 향후 CBTC 핵심장치 개발에 있어 해외개발 사례 및 표준화 부분의 고찰 및 우리가 고려해야 할 점 등을 살펴보고, 각 부분의 핵심 분야에 대하여 고찰하고자 한다.
위에 참여한 기업외에 초기 사양서 작성에 참여한 업체가 있으나, 개발 컨소시엄에 참여하지 못한 업체는 철도기술연구원 주관의 시험센터 건설의 인프라 구축에 참여할 계획이다. 양 컨소시엄의 합의에 따라 통신설비는 시험선의 인프라 구축의 일환으로 삼성SDS가 분당선 지능형열차제어시스템에서 개발된 무선통신 시스템 및 유선통신장치 (DCS)를 사용하기로 하였다. 제한된 시험선 인프라를 사용하는데 효율성을 갖기 위해서는 기본적인 인프라는 제공되며 CBTC의 핵심장치인 지상ATP 및 차상ATO/ATP 장치의 개발에 중점을 두는 것이다.
철도기술연구원의 주도하에 2007년 중반부터 국내의 철도신호 관련 업체가 참여하여 CBTC 핵심 장치 국산화를 위한 간담회를 가져 개발에 필요한 개발 사양서를 작성하였다. 이를 최종 검토하여 초안을 발표하였고 이를 실행화하기 위한 개발 컨소시엄을 구성하여 추진하기로 하였다. 이에 두개의 컨소시엄이 구성되었고, 각각 구성된 컨소시엄간의 긍정적인 경쟁관계를 갖고 선의의 경쟁을 할 수 있는 환경은 향후 국산화에 도움이 될 것이다.

대상 데이터

이에 두개의 컨소시엄이 구성되었고, 각각 구성된 컨소시엄간의 긍정적인 경쟁관계를 갖고 선의의 경쟁을 할 수 있는 환경은 향후 국산화에 도움이 될 것이다. 참여업체는 각각의 작업분과 위원회에 참여의사에 따라 참여하였으며, 각 서브시스템 별 분과위는 사령설비(ATS), 지상ATP, 차상장치(ATO/ATP), 연동장치 및 통신장치로 구성되었다. 현재 완성된 초안의 시스템 사양서는 향후 각 컨소시엄에서 추진될 시스템 개발과정에서 철도기술연구원과 협력적인 관계로 두 컨소시엄이 협조하여 공유될 부분은 공유하여 상호 호환성을 갖춘 시스템을 개발하는 것이 목적이다.

성능/효과

또한 시스템의 단순화로 유지보수 발생의 원천을 감소시킬 수 있으며, 이를 통한 시스템의 신뢰성 및 안전성을 높일 수 있다. 또한 연속적인 열차의 추적이 가능하므로 비상상황 발생을 원격으로 감시가 가능하게 되어 열차의 자동운전의 도입을 수월하게 하며, 기존 궤도회로방식의 열차안전거리 간격을 줄임으로써 열차의 투입을 높여 선로이용률을 증가 시킬 수 있다.
분당선의 경우는 CBTC 시스템이지만 논리적인 블록을 시스템 설계 시에 미리 설정하고 이에 대한 점유 상태에 따라 열차의 진행방향에 따라 필요한 논리블록의 PMA 상태를 전달하는 방식을 취하고 있지만, 향후 컨소시엄에서 구성할 CBTC의 블록 컨틀롤 방식에 따라 그 데이터 전송 포맷을 달리할 것으로 예상된다. 전체적인 라인의 모든 상태를 DB화하여 열차가 갖고 있고 또한 지상ATP도 그 DB데이터를 갖고 있어 열차가 현재 위치한 지점에 따라 선행 열차의 위치를 고려하여 다이내믹하게 열차의 속도프로파일을 생성하는 방식을 택할 수 있다. 그러나 여기서 중요한 것은 열차의 위치결정과 속도프로파일의 정의가 아니라 어느 정도의 주기로 데이터를 전송하며 전송된 데이터가 무선을 이용하므로 전송의 실패를 고려하여 실패한 경우의 처리상황을 설정하는 것이 중요한 점이라 생각된다.

후속연구

북미의 경우 Transponder Tag 와 같이 간편한 RFID Tag를 이용하여 위치를 특정하고 있으며, 유럽의 회사들은 ETCS에서 사용하고 있는 Euro-Balise를 사용하고 있다. 각각의 장단점이 있겠지만, 우리가 하나의 선로를 대상으로 두개의 컨소시엄이 개발하고 있으므로 지상의 위치 시스템은 통일하여 하나의 인프라로 구축하는 것이 바람직할 것이다. 국내에서는 철도공사에서 이미 ATP 사업으로 Euro-Balise를 도입하여 사업을 진행하고 있으므로 도시철도 뿐만 아니라 광역철도를 고려하여 위치 측정시스템은 하나의 시스템으로 통일하는 것이 향후 시스템 간의 열차 상호운영성도 가능하게 할 것이다.
각각의 장단점이 있겠지만, 우리가 하나의 선로를 대상으로 두개의 컨소시엄이 개발하고 있으므로 지상의 위치 시스템은 통일하여 하나의 인프라로 구축하는 것이 바람직할 것이다. 국내에서는 철도공사에서 이미 ATP 사업으로 Euro-Balise를 도입하여 사업을 진행하고 있으므로 도시철도 뿐만 아니라 광역철도를 고려하여 위치 측정시스템은 하나의 시스템으로 통일하는 것이 향후 시스템 간의 열차 상호운영성도 가능하게 할 것이다.
기본적인 데이터로는 각 열차가 지상에 자기의 위치를 인식한 후 그 위치를 정기적으로 지상에 전달하여야 하며, 이때 각 열차의 ID를 인식하는 방식을 통일 하여야 한다. 그 외에 열차의 상태 정보 및 부가적인 정보는 기본적으로 맞출 것은 맞추고 추가적인 데이터 구성으로 컨소시엄별 특별한 데이터를 추갈 할 수 있는 구성을 구축할 필요가 있다. 또한 지상 장치 즉 ATP는 열차의 안전거리를 확보 할 수 있는 PMA를 작성하여 열차로 지령을 내보내는 가장 중요한 부분을 담당하므로 이 또한 두 컨소시엄이 데이터 구성을 통일할 필요가 있다.
이때 통신장치는 지상과 차상간의 통신을 구성해주는 매개체 이므로 이는 전적으로 통신 수단일 뿐 열차제어의 안전성에 영향을 주는 장치는 아니지만, 기본적으로 통신의 연속성 및 안정성을 보장해주는 설비이어야 한다. 또한 신호의 중요 데이터가 무선으로 전송되기 전 모든 데이터는 암호화 되어야 하며 이를 위한 암호화 모듈도 함께 제공될 것이다. 각 컨소시엄에서 개발될 장비는 통신장비와는 TCP/IP 레벨로 연결되도록 구성된다.
분당선의 경우는 CBTC 시스템이지만 논리적인 블록을 시스템 설계 시에 미리 설정하고 이에 대한 점유 상태에 따라 열차의 진행방향에 따라 필요한 논리블록의 PMA 상태를 전달하는 방식을 취하고 있지만, 향후 컨소시엄에서 구성할 CBTC의 블록 컨틀롤 방식에 따라 그 데이터 전송 포맷을 달리할 것으로 예상된다. 전체적인 라인의 모든 상태를 DB화하여 열차가 갖고 있고 또한 지상ATP도 그 DB데이터를 갖고 있어 열차가 현재 위치한 지점에 따라 선행 열차의 위치를 고려하여 다이내믹하게 열차의 속도프로파일을 생성하는 방식을 택할 수 있다.
또한 지상 장치 즉 ATP는 열차의 안전거리를 확보 할 수 있는 PMA를 작성하여 열차로 지령을 내보내는 가장 중요한 부분을 담당하므로 이 또한 두 컨소시엄이 데이터 구성을 통일할 필요가 있다. 이는 기본적으로 철도기술연구원이 작성한 도시 철도 표준화 방안을 따르며 개발에 따라 필요한 부분을 추가하는 것으로 추진할 것이다.
국내에서 철도신호의 오랜 역사에도 불구하고 아직까지 그 핵심장치인 ATP 및 차상장비를 국산화를 완벽하게 수행하지 못한것이 현실이다. 이번 철도기술연구원 주도하에 국내 각 철도신호와 관련된 업체들 간의 협력으로 국내 기술만으로 독자적인 CBTC 전체 시스템을 구현하여 그 성능과 기능을 시험하여 인증된다면 앞으로 국제 경쟁력에서도 중요한 전기가 마련된다고 할 수 있다. 모처럼 구성된 국내 업체 간의 자발적인 컨소시엄이 소기의 성과를 거둘 수 있도록 각 기업의 적극적인 참여와 이와 관련된 각 철도관련 수요처 들은 지대한 관심이 필요한 시점이라 생각된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CBTC란 무엇인가?	CBTC란 Communication Based Train Control 시스템의 약어로 기존에 차상과 지상의 통신은 특정적으로 지정된 TWC (Train Wayside Communication)영역에서만 통신이 가능한 반면, 전선로 구간에 지상과 차상사이에 연속된 양방향 통신이 가능하도록 하는 시스템이다. 초기의 CBTC는 선로사이에 통신이 가능한 Inductive Loop를 설치하여 열차와 지상간의 통신을 하고 동시에 각 구간의 Inductive Loop의 위상의 변화를 이용하여 열차의 위치를 감지하였다.
	앞으로 CBTC의 핵심장치를 국산화하는데 있어 고려해야할 점으로는 어떠한 것이 있는가?	앞으로 CBTC의 핵심장치를 국산화 하는데 있어 또 하나 고려해야 할 점으로 위치 측정 시스템을 들 수 있다. 현재 해외의 경우 각각의 솔루션을 보유한 회사별로 지상 위치 측정 시스템을 달리하고 있다.

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