초록 ▼

Ⅵ. 주요 연구개발 결과
□ 성과목표(지표) 1 : ICT기반 차상중심 제어시스템 핵심기술 개발
○ 차상중심 열차제어시스템 시제품 제작 및 시험
차상제어장치 시제품 제작
- 초도품 대비 사이즈 축소(1400mm→1000mm)
- 신뢰성 향상을 위한 2 out of 2 구조로 변경
선로변 제어장치 시제품 제작
- EN60529에 따른 IP65적합 함체
소프트웨어 시험
- Code Inspector 활용을 통한 정적분석
○ 테스트베드를 이용한 차상중심 열차제어시스템 성능시험 및 평가

Ⅵ. 주요 연구개발 결과
□ 성과목표(지표) 1 : ICT기반 차상중심 제어시스템 핵심기술 개발
○ 차상중심 열차제어시스템 시제품 제작 및 시험
차상제어장치 시제품 제작
- 초도품 대비 사이즈 축소(1400mm→1000mm)
- 신뢰성 향상을 위한 2 out of 2 구조로 변경
선로변 제어장치 시제품 제작
- EN60529에 따른 IP65적합 함체
소프트웨어 시험
- Code Inspector 활용을 통한 정적분석
○ 테스트베드를 이용한 차상중심 열차제어시스템 성능시험 및 평가
실제 현장과 유사한 통합 환경 구축
지상 운행관리시스템 시뮬레이션 환경 구축
- 열차 등록 및 해제 시뮬레이션 제작
- 진로 설정 및 해제 시뮬레이션 제작
- 궤도 점유, 진로 요청, 진로설정 GUI 제작
- 지상제어장치 Fallback 기능 시뮬레이션 제작
기능 및 성능시험 시뮬레이션 프로그램 개발
- 기관사 제어판넬 시뮬레이션 제작
- 열차 제어 및 주행 시뮬레이션 제작
- 서브시스템간 통신 인터페이스 시뮬레이션 제작
- TACHO 및 TAG 시뮬레이션 제작
○ 현장시험을 위한 시험 시나리오 및 절차서 개발
현장시험을 위한 시험 시나리오 및 절차서 개발
현장시험용 가상노선 구축
- 대불선 9.786 ∼ 10.586 km (0.8km) 구간 현장시험
- 3개 가상노선 설정
· 기존 전철기/건널목 포함구간
· 대불선 전철기 포함구간
· 대불선 건널목 포함구간
LTE 무선망 적용모듈 개발
- 대불선 LTE 무선통신망 활용
- LTE-Multicast간 변환 툴 제작
대불선 Tag 인터페이스 추가
- TransCore AI1422 모델 적용
- 차상 TAG 인터페이스 및 프로토콜 수정/보완
현장시험을 위한 지상 Tag 및 전원설치
차상중심 열차제어시스템 현장예비시험
○ 차상중심 지상설비 운영전략 도출
ICT기반 차상제어시스템 운전 및 관제 운영절차 분석
- 직무 절차 및 이벤트 별 운영 절차 분석 (기존→ICT)
- 운전관계규정 및 관제관계규정 및 지침 분석
지선구간 열차 운영계획 및 수정 계획 알고리즘 개발
○ 간섭신호 환경에서 차상제어시스템의 통신 안전성 확보기술 연구
간섭신호 환경에서 통신 안전성 확보기술
간섭 완화 수신 구조
- MIMO 전송 모드
- 송신 다이버시티(Tx Diversity) 전송 모드
4x4 MIMO 성능 평가
- 간섭신호 전력 = 송신심볼 전력 × 10
- QPSK, 채널추정오차 전력 = 채널 전력 × 0.1
4x4 송신 다이버시티 성능 실험
- 간섭신호 전력 = 송신심볼 전력 × 10
- QPSK, 채널추정오차 전력 = 채널 전력 × 0.5
동일 성능 획득 위한 기존 수신기 대비 송신 전력 이득
○ 철도용 소프트웨어 기능 안전성(Black-box) 검증도구 개발
철도 소프트웨어 기능 안전성 검증 도구 개발
- 소프트웨어 요구사항 분석
· 기능 요구사항 21건 도출 및 명세
· 인터페이스 요구사항 2건 식별 및 명세
- 소프트웨어 설계
· 소프트웨어 컴포넌트 9개 설계
- 소프트웨어 구현 및 시험
피시험체 적용시험
- 개요
· 시험 대상 : 차상제어시스템 차상제어장치-차상 컴퓨터(OBC), 운행관리 시스템-운행관리 컴퓨터(LCC)
· 시험 방법 : 적합성 시험, 상호운용성 시험
- 테스트 케이스 설계 및 구현
· 인터페이스 명세서 기반 적합성 및 상호운영성 테스트 케이스 도출 및 설계
· TTCN-3(국제 표준 시험 스크립트 언어) 기반 테스트 케이스 구현
- 테스트 케이스 시험 및 디버깅
· 개발도구 적용성 검증을 위한 테스트베드 개발 및 적용성 시험 수행
- 실 체계 대상 시험 수행 : 2013.11.28
· OBC 및 LCC 표준적합성 시험 수행
· OBC-LCC 상호운용성 시험 수행
□ 성과목표(지표) 2 : ICT기반 안전성 향상 기술개발
○ 레이저레이더기반 건널목 지장물 검지 안전설비 성능시험 및 적합성 평가
레이저레이더기반 건널목 지장물 검지장치 시제품
지장물 검지 알고리즘
- 센서 2중화 기능 추가
- 센서에서 거리가 멀어질수록 지장물 포인트의 개수는 감소하지만 크기는 동일
- User Interface (설치환경에 따른 설정 편의성 향상)
- 지장물 검지 영역 구분 및 방향성 기준
- 건널목에 진입하는 지장물의 방향성을 확인하기 위해 검지 영역을 3구역으로 구분 (즉, A1→A2으로 진입인지 혹은 A3→A2로의 진입인지로부터 지장물의 방향성 확인)
- 지장물 검지속도 향상
· 기존 500ms -> 200ms
· 환경설정에서 지정한 간격(200ms) 만큼 대기 후 검지포인터 확인, 함수 호출 작업 반복
수요기관 대상 시연회 및 자문회의
기후 변화(우천,안개)에 따른 검지 테스트
- 우천
- 안개
현장시험 장소 사전 조사
- 석화 건널목
·위치 : 충북선 오송역∼청주역(복석, 건널목 폭 9.3m)
·복선 철로, 1차선 도로 구성
·건널목 안전설비 : 건널목 차단지, 지장 경고등, 레이저식 지장물 검지장치(6식), 출구측 차단간 검지기
·석화 건널목 현장 설치 구성 예시
MIL-HDBK-217F에 따른 신뢰도 예측
- Windchill 2013(구 Relex) 프로그램을 이용하여 부품 고장률에 기반한 모듈 고장률 및 MTBF 산출
- 제어부 신뢰도 예측 (MTBF 757,632시간, 86.5년)
한국철도시설공단 철도시설물 성능검증 시험 신청
- 성능검증 시험 신청서류 제출(설계서, 성능시험결과보고서, 유지보수 매뉴얼, 인터페이스 검토서 및 현장설치 시험계획서) : 2013.09.03.
- 한국철도시설공단 기술적합성 심사 : 2013.11.11.
- 조립시험 및 현장시험계획서 심사 : 2013.12.13
개발 기술 실용화 및 기술이전 촉진
- 한국산업기술진흥원과 공동으로 NTB 기술이전 설명회 개최 : 2013.11.12.
- 경남테크노파크와 연계 기술이전 희망기술 책자 및 CD 배포
○ 선로전환기 쇄정장치, 밀착검지기 성능시험 및 적합성 평가
선로전환기 쇄정장치 및 밀착검지기 내구성시험
선로전환기 쇄정장치 및 밀착검지기 현장적합성 평가
밀착검지기(Paulve) KRS 개정 및 쇄정장치 품질인증 대상선정 심의완료
- KRS 규격 개정 및 품질인증대상선정(철도기술심의위원회 심의․의결)
: 2013.08.07.(전문위원회), 2013.09.13.(기술위원회)
- 11월 말 국토교통부 고시 예정
: 밀착검지기(Paulve) KRS 개정 및 쇄정장치 품질인증대상
○ 기관사 안전운행감시장치 시제품 제작 및 현차시험
피부전도도 기준치 3단계 적용설계 및 손목형·반지형 블루투스 통신 이용 제작
안전운행감시장치 및 biopac장비로 측정한 피부전도도 파형 비교
안전운행감시장치 시제품 검증 시험 분석에 피부전도도 기준치 3단계 적용한 결과
안전운행감시장치 현차시험 실시
열차운행중인 기관사데 대해 피부전도도 기준치 3단계 적용결과
○ HUD 기술을 적용한 차세대 네비게이션 적용연구
감성평가 및 뇌파관련 사전 조사 연구 진행
- 기존의 선행 연구 조사 결과 감성 평가 및 선호도 평가시 α파를 이용
- α파는 편안한 상태에서 나타나고, 안정된 상태일수록 진폭이 증가
1차 실험 결과
1. 연구실에서 선호도 위치 파악
- 개인의 선호 위치를 뇌파로 평가할 수 있음을 확인
2. 철도 시뮬레이터 실험
- 안정 시가 주행 시 보다 α의 비율이 높고, 주행 중 어떤 Task가 주어졌을 때, α의 비율이 감소함을 확인
3. 천안-제천 충북선 무궁화호 기관사 대상 실험 진행
- 각 피험자 마다 뇌파의 세기(power)는 다르나 상· 하행 전 구간의 뇌파가 변하는 추이를 보면 각 구간별 비슷한 경향을 나타내고 있음
실험 프로토콜 수정 후 피험자 수를 증가하여 시험
- 연구실 실험 피험자 수 : 24명 (기존 6명)
- 철도시뮬레이터 피험자 수 : 10명 (기존 2명)
- 감성 설문조사 결과와 뇌파간 상호 연관성 파악
- 뇌파와 감성 설문조사 간 correlation 파악
- 피험자의 α의 비율이 가장 높은 부분과 감성설문조사 결과 가장 높은 점수를 비교하였을 때, 23명 중 16명(즉, 70%)이 일치함을 알 수 있음

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• 목 차 ... 37
• 표 목차 ... 44
• 그림 목차 ... 54
• 제 1 장 서 론 ... 69
• 제1절 연구개발 배경 및 필요성 ... 71
• 1. 연구개발 배경 ... 71
• 2. 연구개발 필요성 ... 72
• 제2절 연구개발 목표 및 내용 ... 81
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 81
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 내용 ... 84
• 제3절 연구개발 추진전략 및 기대효과 ... 86
• 1. 연구개발 추진전략 ... 86
• 2. 기대효과 ... 88
• 제 2 장 차상중심 열차제어시스템 시제품 제작 및 시험 ... 91
• 제1절 차상중심 지상설비 제어를 위한 차상장치 시제품 제작 및 보완 ... 93
• 1. 차상중심 지상설비 제어를 위한 차상장치 시제품 제작 ... 93
• 2. 차상중심 지상설비 제어를 위한 차상장치 성능 보완 ... 110
• 제2절 차상중심 지상설비 제어를 위한 차상장치 성능시험 및 평가 ... 127
• 1. 차상중심 지상설비 제어를 위한 차상장치 기능 및 인터페이스 시험 ... 127
• 2. 차상중심 지상설비 제어를 위한 차상제어장치 ENV&EMC 시험 ... 133
• 3. 테스트베드를 이용한 실험실 수준의 성능평가 및 검증 ... 140
• 4. 차상중심 지상설비 제어를 위한 차상장치 성능시험 ... 177
• 제3절 시뮬레이터를 이용한 지상제어센터 설계 및 제작 ... 210
• 1. 시뮬레이터를 이용한 지상제어센터 시스템 요구사양 개발 ... 210
• 2. 시뮬레이터를 이용한 지상제어센터 제어로직 모델링 및 설계 ... 216
• 3. 지상제어센터용 시뮬레이터 제작 및 성능시험 ... 247
• 제4절 실차 현장시험을 위한 시험 시나리오 및 절차서 개발 ... 266
• 1. 현장 시험을 위한 사전 점검 ... 266
• 2. 현장 시험을 위한 차상인터페이스 설계 ... 277
• 3. 현장 시험을 위한 기존 무선망 연계 인터페이스 설계 ... 314
• 4. 현장 시험을 위한 시험 시나리오 개발 ... 323
• 5. 현장 시험을 위한 시험 방법 및 절차서 개발 ... 339
• 제 3 장 차상중심 열차제어시스템 선로변제어장치 시제품 제작 및 시험 ... 363
• 제1절 선로전환기 제어용 선로변제어장치 시제품 제작, 성능시험 및 보완 ... 365
• 1. 선로전환기 제어용 선로변제어장치 시제품 제작 ... 365
• 2. 선로전환기 제어용 선로변제어장치 기능 및 인터페이스 시험 ... 369
• 제2절 건널목 제어용 선로변제어장치 시제품 제작, 성능시험 및 보완 ... 374
• 1. 건널목 차단기 제어용 선로변제어장치 시제품 제작 ... 374
• 2. 건널목차단기 제어용 선로변제어장치 기능 및 인터페이스시험 ... 379
• 제3절 차상중심 열차제어시스템 선로변제어장치 ENV&EMC시험 ... 383
• 1. 시험 계획 ... 383
• 2. 시험성적서 ... 387
• 제 4 장 간섭신호 환경에서 차상제어시스템의 통신 안전성 확보기술 연구 ... 389
• 제1절 연구개요 ... 391
• 제2절 차상제어시스템에서 간섭 신호의 특성 및 영향 분석 ... 391
• 1. 차상제어시스템에서 간섭 신호 특성 ... 391
• 2. 전송 모드 및 기존 간섭 완화 기법 ... 396
• 3. 간섭으로 인한 성능 영향 분석 ... 402
• 제3절 MIMO 전송 모드에서 간섭신호 완화 기술 ... 405
• 1. 시스템 모델 ... 405
• 2. 강인 ML 수신기 ... 407
• 3. 채널 추정 오차 환경에서 Sphere Decoding ... 409
• 4. 간섭 신호를 고려한 강인 ML 수신기 및 Sphere Decoding ... 414
• 5. 성능 비교 ... 418
• 제4절 송신 다이버시티 전송 모드에서 간섭신호 완화 기술 ... 422
• 1. 송신 다이버시티의 송수신 신호 ... 422
• 2. 신호 모델 ... 423
• 3. 강인 ML 수신기 ... 426
• 4. 간섭 신호를 고려한 강인한 ML 수신기 ... 430
• 5. 성능 비교 ... 433
• 제 5 장 철도용 소프트웨어 기능안전성(Black-box) 검증 도구 개발 ... 441
• 제1절 개요 ... 443
• 1. 목적 및 범위 ... 443
• 2. 현황 분석 및 개선 체계 개념 정의 ... 444
• 제2절 블랙박스 시험 도구 개발 ... 448
• 1. 요구사항 분석 ... 449
• 2. 설계 ... 453
• 3. 구현 및 시험 결과 ... 468
• 제3절 시제품 적용 시험 ... 474
• 1. 개요 ... 474
• 2. 테스트케이스 설계 및 구현 ... 476
• 3. 적용 시험 결과 ... 517
• 제4절 결론 ... 558
• 제 6 장 레이저레이더 건널목 지장물 검지 안전설비 자체 성능시험 및 적합성 평가 ... 559
• 제1절 철도 건널목 지장물 검지장치 자체 성능시험 및 보완 ... 561
• 1. 개요 ... 561
• 2. 성능검증을 위한 제작사양서 ... 561
• 3. 성능검증을 위한 장치간 인터페이스 ... 593
• 4. 전문가 초청 자체 성능시험 ... 600
• 제2절 철도 건널목 지장물 검지장치 성능 평가 기준 및 절차서 보완 ... 612
• 1. 개요 ... 612
• 2. 성능평가 기준 ... 612
• 3. 성능시험 절차서 ... 619
• 제3절 철도 건널목 지장물 검지장치 적합성 평가 ... 631
• 1. 개요 ... 631
• 2. 성능평가 및 적합성 평가 ... 631
• 3. 철도시설물 성능 검증 ... 636
• 제4절 철도 건널목 지장물 검지장치 시제품 시범설치 및 현장시험 ... 658
• 1. 개요 ... 658
• 2. 건널목 지장물 검지장치 현장설치시험 현장조사 ... 658
• 3. 건널목 지장물 검지장치 현장설치 시험 계획 ... 662
• 4. 시제품 유지보수 메뉴얼 ... 665
• 제 7 장 선로전환기 쇄정장치와 밀착검지기 성능시험 및 적합성 평가 ... 671
• 제1절 쇄정장치의 개요 ... 673
• 1. 분기기 개요 ... 673
• 2. 쇄정장치 기본기능 ... 674
• 3. 쇄정장치 KRS 이력 및 품질인증 대상품목 지정 ... 682
• 4. 분기기용 쇄정장치의 품질인증 절차 ... 691
• 제2절 밀착검지기 개요 및 KRS 규격 개정 ... 692
• 1. 개요 ... 692
• 2. 밀착검지기 KRS 규격등록 ... 700
• 제3절 쇄정장치와 밀착검지기 통합 성능시험 및 공인기관 검증 ... 703
• 1. 쇄정장치 및 밀착검지기의 성능 ... 703
• 2. 통합 성능시험(성능 및 내구성) ... 704
• 3. 공인기관 검증결과 ... 709
• 4. 시험결과 요약 ... 719
• 제4절 쇄정장치의 현장 적용성 평가 ... 721
• 1. 쇄정장치 설치방법 ... 721
• 2. 현장설치 및 점검 ... 727
• 3. 현장 적용성 점검결과 ... 729
• 4. 시험성적서 ... 744
• 제 8 장 기관사 안전운행 감시 장치 시제품 제작 및 현장시험 ... 769
• 제1절 국내 · 외 관련분야 기술개발 ... 771
• 1. 일본 RTRI 열차 승차감 평가 조사연구 ... 771
• 2. 한국 표준과학 연구원 ... 784
• 3. 고등기술연구원 연구조합 ... 787
• 4. 서울대학교 산업 공학과 ... 789
• 5. 미국 MIT Media Lab의 Affective Computing 연구팀 (Jennifer Healey) ... 790
• 제2절 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 792
• 1. 기관사 안전운행 감시장치 상세 설계 ... 792
• 2. 기관사 안전운행 감시장치 시제품 제작 ... 796
• 3. 기관사 안전운행 감시장치의 현장 적용 실험 ... 800
• 4. 측정 신호 분석 ... 812
• 5. 안전운행 감시장치의 현장 적용 실험 분석결과 ... 817
• 6. 검토 및 개선점 ... 825
• 제 9 장 HUD 기술을 적용한 차세대 네비게이션 적용 연구 ... 829
• 제1절 철도 차량 HUD 시스템 적용에 관한 연구 ... 831
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 831
• 제2절 국내·외 기술개발 현황 ... 832
• 1. 감성공학 설문 ... 832
• 2. HUD(Head Up Display) ... 838
• 3. 뇌로 움직이는 차세대 기술(BCI) ... 843
• 제3절 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 851
• 1. 측정 생체신호(뇌파) 소개 ... 851
• 2. 실험방법 ... 858
• 3. 측정신호 분석 방법 ... 865
• 4. 실험 결과 ... 872
• 제4절 연구개발결과의 활용계획 ... 887
• 제 10 장 차상중심 지상설비 제어 운영전략 도출 ... 889
• 제1절 차상중심 열차제어시스템 운전 및 관제 운영절차분석 ... 891
• 1. 개요 ... 891
• 2. 철도업무 현황 및 규정 분석 ... 891
• 3. 운전 및 관제 운영절차 분석 ... 914
• 제2절 Tag 위치에 따른 ICT 노선의 운영효율 분석 ... 952
• 1. 개요 ... 952
• 2. Tag 위치 분석 ... 954
• 제3절 차상중심 열차제어시스템 운행노선의 열차계획 ... 959
• 1. 개요 ... 959
• 2. 휴리스틱 방법을 사용한 열차 추가 계획 문제 ... 962
• 3. 시공간 네트워크 생성 프로그램 ... 967
• 4. 열차계획 문제 ... 983
• 제 11 장 결 론 ... 991
• 제1절 목표 달성도 ... 993
• 1. 연구목표 및 평가의 착안점 ... 993
• 제2절 연구개발의 활용계획 ... 1004
• 1. 기대효과 ... 1004
• 2. 확산계획 ... 1007
• 끝페이지 ... 1009