초록 ▼

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성

1. 연구개발의 목적
∘ ICT와 철도와의 융합을 통한 운영비용 절감 및 열차운행의 안전성 향상을 위한 핵심기술 개발

2. 주요 연구개발 내용
∘ 철도 지선구간 운영효율성 향상을 위한 ICT기반 차상제어시스템 핵심기술 개발 및 시제품 제작
∘ 안전성 향상을 위한 ICT기반 안전설비 핵심기술 개발 및 시제품 제작
∘ 철도지선구간 운영 타당성 확보를 위한 차상중심 지상설비 운영전략 도출

3. 연구개발의 필요성
□ 유지보수비 절감 및 운영효율

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성

1. 연구개발의 목적
∘ ICT와 철도와의 융합을 통한 운영비용 절감 및 열차운행의 안전성 향상을 위한 핵심기술 개발

2. 주요 연구개발 내용
∘ 철도 지선구간 운영효율성 향상을 위한 ICT기반 차상제어시스템 핵심기술 개발 및 시제품 제작
∘ 안전성 향상을 위한 ICT기반 안전설비 핵심기술 개발 및 시제품 제작
∘ 철도지선구간 운영 타당성 확보를 위한 차상중심 지상설비 운영전략 도출

3. 연구개발의 필요성
□ 유지보수비 절감 및 운영효율성 향상이 가능한 차상중심 열차제어시스템 개발 필요
ㆍ 국내 철도신호시스템은 1970년대부터 선로변 신호기 현시조건과 ATS(Automatic Train Stop)장치를 사용하여 왔으나, 최근에 주요 노선(경부선, 호남선, 경춘선, 전라선)을 중심으로 ATP(Automatic Train Protection) 시스템으로 개량중임.
- ATP 시스템 운용을 위해서는 운행구간에 지상설비(발리스 및 LEU)가 신규 설치되어야 하며, 기존 지상설비인 궤도회로 기반의 자동폐색장치(ABS : Automatic Block System), 전자연동장치, 건널목 제어장치와 연계 운용하여야 함.
- 따라서, 많은 지상설비들이 운용됨으로 인하여 일정수준 이상의 유지보수 인력과 비용이 지속적으로 필요함.
ㆍ 일일 운행횟수가 적은 지선의 경우에도 위와 같이 주요 노선과 동일한 열차제어 시스템을 운용할 경우 열차의 안전운행을 위해 많은 지상설비들이 필수적으로 필요하기 때문에 시스템 설치비용 및 유지보수 비용의 증가로 인해 철도 지선에 대한 적자가 더욱 커지게 됨.
- 즉, 철도 지선 운영기관에서는 적자의 누적 및 지상설비의 과도한 유지보수 업무로 인해 시스템 고장 등 열차 안전운행의 저해요인이 됨.

□ 철도사고 예방을 위한 안전설비 개발 필요(철도사고 사상자 수 선진국 대비 3∼4배 수준)
ㆍ 차상중심 제어시스템이 적용될 경우 지상에 남게 되는 주요 제어 대상은 건널목 지장물 검지장치와 선로전환기로서 다음과 같은 현실에 비추어 개발의 시급성이 요구되며 이러한 기술개발을 통해 ‘저비용 고효율’의 안전설비 확보가 가능함.
- 철도 운전사고의 대부분은 건널목 사고로 분석되고 있는 등 신호설비의 오동작 및 장애로 인한 사고가 많은 비중을 차지(2011년 교통안전공단자료, 최근 5년간 연평균 22건의 건널목 사고 발생, 특히 전 세계 열차사고 중 60% 이상이 건널목 사고임).
- 현재 사용 중인 건널목 지장물 검지장치의 경우 눈·비 등에 의한 잦은 오동작의 문제가 있어 건널목 안전사고 저감을 위한 지장물 검지 안전설비 개발 필요.
- 선로분기부의 전환 장애에 의한 탈선사고는 대형사고의 위험성을 가지고 있으므로 쇄정기능에 오류가 없는 국산 쇄정장치 개발 필요.
- 또한 인적오류에 의한 열차사고 방지를 위하여 운전자의 지각상태를 감시하기 위한 안전운행 감시장치 개발 필요.

□ 정보통신기술과 철도의 융합을 통한 고부가 가치 기술의 개발 필요
ㆍ IT기술과 산업응용 기술의 융합을 통한 기존 기술의 고부가가치 제고와 경쟁력 강화를 위한 정부차원의 노력이 추진 중.
- 지식경제부 : IT산업과 주력산업과의 융합을 통한 IT융합 新시장을 발굴하고, 주력 제조업의 고부가가치화 및 기술경쟁력 강화를 위한 방안 발표(2008.6.)
- 대통령 직속 미래기획위원회 : IT융합과 고도화를 통한 성장잠재력 확충을 위한 ‘IT Korea 5대 미래전략’을 추진키로 발표(2009.2.)
ㆍ IT기술을 활용한 안전관리 증대와 신호·통신 시스템의 안전성 향상을 위해 제2차 철도안전종합대책이 발표(‘10.12)된 이후 세부대책 마련 중.
ㆍ 국토해양부 : 철도분야 지능형교통체계 계획(‘11∼’20) 중점추진과제로서 차상제어기반 철도건널목 관리가 반영된 지능형 교통체계 기본계획 2020(2011.12) 발표.
ㆍ 국토해양부 : 철도표준 통합무선망(LTE-R)을 활용하는 지능형 철도시스템 (IRIS, 2012. 10)) 구축 계획의 세부추진과제로 철도시설물 차상제어 적용사업 반영.
ㆍ 뿐만 아니라 ｢철도산업발전기본법｣ 제8조에 따라 국토해양부장관은 철도산업의 육성·발전을 촉진하기 위해 국가철도통합무선망 구축에 대한 재정·금융·세제·행정상의 지원을 내용으로 하는 국가차원의 10년 단위 기본계획을 수립함.
ㆍ 이와 같이 ICT를 기반으로 하는 차상중심 열차제어시스템 개발 기술은 국가 차원의 계획 수립에 부합하는 연구개발 기술로서 그 필요성은 점차 증대되고 있음.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• 목차 ... 37
• 표목차 ... 46
• 그림목차 ... 56
• 제 1 장 서 론 ... 78
• 제1절 연구개발 배경 및 필요성 ... 78
• 1. 연구개발 배경 ... 78
• 2. 연구개발 필요성 ... 79
• 제2절 연구개발 목표 및 내용 ... 88
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 88
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 내용 ... 90
• 제3절 연구개발 추진전략 및 기대효과 ... 93
• 1. 연구개발 추진전략 ... 93
• 2. 기대효과 ... 95
• 제 2 장 지역제어센터 시제품 제작 및 성능평가 ... 101
• 제1절 지역제어센터 소프트웨어 개량 설계 ... 101
• 1. 개요 ... 101
• 2. References ... 101
• 3. 시스템 구성 ... 103
• 4. 외부 인터페이스 ... 105
• 5. 소프트웨어 기능 ... 110
• 6. 데이터베이스 ... 143
• 제2절 지역제어센터 도로교통 연계 인터페이스 개발 ... 157
• 1. 개요 ... 157
• 2. 구성 ... 157
• 3. LCC-OBC 인터페이스 ... 159
• 4. LCC-WOCU 인터페이스 ... 178
• 5. LCC-CTC 인터페이스 ... 185
• 6. LCC-ITC 인터페이스 ... 191
• 7. 통신 흐름 제어 ... 199
• 8. Device 정의 ... 205
• 제3절 지역제어센터 시험 계획 및 절차서 작성 ... 210
• 1. 개요 ... 210
• 2. 시스템 연동 시험 방법 ... 211
• 3. 정상 시나리오 시험 ... 215
• 4. 비상 시나리오 시험 ... 221
• 제4절 지역제어센터 기능 및 성능시험 ... 226
• 1. 개요 ... 226
• 2. 정상 시나리오 시험 결과 ... 226
• 3. 비상 시나리오 시험 ... 233
• 제 3 장 차상중심 열차제어시스템 실용화 방안 통합시험 ... 238
• 제1절 확장성을 위한 기존 차상 및 지상장치 소프트웨어 기능보완 ... 238
• 1. 서론 ... 238
• 2. 범위 ... 238
• 3. 시스템 구조 ... 240
• 4. 추가된 소프트웨어 설계 ... 246
• 5. 동적 자료의 이동 ... 253
• 제2절 확장성을 위한 기존 지상장치 하드웨어 개량 ... 261
• 1. 서론 ... 261
• 2. 지상장치 구조 변경 ... 261
• 제3절 도로교통 연계를 위한 가상노선 기반 도로교통 시뮬레이터 개발 ... 275
• 1. 도로교통 시물레이터 구성 ... 275
• 2. 간이형 교통관제센터 ... 276
• 3. ITS 에뮬레이터 제작 ... 280
• 4. 교통신호제어기 제작 ... 282
• 5. 프로토콜 정의서 ... 292
• 6. 시뮬레이터 시험 및 검증 ... 313
• 제4절 도로교통 연계를 위한 통합시험 환경 구축 ... 319
• 1. 개요 ... 319
• 2. 구조 ... 321
• 3. 구성 ... 323
• 4. 기능 설명 ... 324
• 5. 3D 도로영상 제공가. 개요도로교통연계용 지역제어센터 통합시험 ... 333
• 제5절 도로교통 연계 지역제어센터 운영절차서 ... 338
• 1. 개요 ... 338
• 2. 전원 인가 ... 338
• 3. 시스템 기동 절차 ... 342
• 4. 참고사항 ... 351
• 제 4 장 차상제어시스템의 통신 용량 증대 연구 ... 352
• 제1절 연구 개요 ... 352
• 1. 연구 배경 ... 352
• 2. 철도 무선망에서 다중 기지국-다중 안테나 구조 ... 353
• 제2절 기지국간 협력 통신을 위한 기존 신호 수신 기법 ... 358
• 1. MIMO 전송 모드 ... 358
• 2. 기존 MIMO 수신기법 ... 360
• 3. Tabu Search(TS) ... 365
• 4. Lattice-Reduction ... 366
• 제3절 협력통신을 위한 효율적인 신호 수신 기술 개발 ... 370
• 1. 제안 Tabu Search 수신 방식 ... 370
• 2. List Tabu Search ... 375
• 제4절 모의실험을 통한 수신 오류율 성능 분석 및 복잡도 검증 ... 377
• 1. 모의실험 환경 ... 377
• 2. 모의실험 결과 ... 379
• 제5절 통신 용량 최대화를 위한 다중 기지국-다중 안테나 신호 전송 구조 연구 ... 382
• 1. 모의실험 환경 ... 382
• 2. 모의실험 결과 ... 388
• 제 5 장 열차제어시스템 네트워크 공격에 대한 방어체계 연구 ... 398
• 제1절 열차제어시스템 네트워크 공격 및 방어 시뮬레이션 프레임워크 구현 ... 398
• 1. 요구사항 분석 ... 398
• 2. 개괄설계 ... 399
• 3. 구현 상세설명 ... 402
• 제2절 시뮬레이션 토폴로지 작성 ... 458
• 1. 철도통신네트워크 모델 ... 458
• 2. 시뮬레이션 트래픽 모델 ... 465
• 제3절 시뮬레이션을 통한 방어체계 검증 및 취약점 분석 ... 471
• 제4절 열차제어시스템 네트워크 방어체계 수립 ... 477
• 1. 열차제어시스템 네트워크 내 방어체계 도입 위치선정 ... 477
• 2. 방어시스템 파라미터 최적화 ... 489
• 제5절 제안된 방어체계의 성능과 효율성 검증 ... 491
• 제 6 장 철도 통신 기간망의 지능화 방안 연구 ... 495
• 제1절 전송망 및 광네트워크의 기술 동향 ... 495
• 1. 통신망 및 전송망 기술 동향 ... 495
• 2. 광네트워크 기술동향 ... 501
• 제2절 기존 WDM방식 기간망의 점진적 업그레이드 방안 도출 ... 504
• 1. 철도 통신 기간망 구현 현황 ... 504
• 2. 기간망 업그레이드 방안 ... 506
• 제3절 ROADM 기반 동적 대역폭 할당기능 구현 및 성능 검증 ... 511
• 1. 가변 광 감쇄기 기반 2세대 ROADM에서의 동적 대역폭 할당 ... 511
• 2. 파장 선택 스위치 기반 3세대 ROADM에서의 동적 대역폭 할당 ... 513
• 제4절 기존 철도 기간망 지능화 및 고도화에 적합한 최적화 방안 도출 및 성능 검증 ... 520
• 1. 광 영역 자동 신호 복구 ... 520
• 2. 제안하는 최적 노드 구조 ... 522
• 3. 최적 노드 구조를 활용한 성능 실험 결과 ... 523
• 제 7 장 열차제어 소프트웨어 블랙박스 테스트 도구개발 ... 527
• 제1절 블랙박스 테스팅 도구 구조 ... 527
• 1. 개요 ... 527
• 2. 블랙박스 테스팅 도구 구조 ... 529
• 제2절 GUI 기반 로그 및 TTCN-3 스크립트 자동생성 지원도구의 시리얼 통신에 대한 검증 ... 537
• 1. 개요 ... 537
• 2. 그래픽 기반 테스트케이스 생성 ... 538
• 3. 요구사항 분석 ... 539
• 4. 테스팅 도구의 설계 ... 541
• 제3절 시험 메트릭, 보고서 생성 지원 도구의 검증 ... 574
• 1. 개요 ... 574
• 2. 요구사항 분석 ... 578
• 3. 테스팅 도구의 설계 ... 580
• 제4절 테스트케이스/모의기 설계 및 개발 ... 602
• 1. 테스트케이스/모의기 개발을 위한 통신 흐름 및 메시지 정의 ... 602
• 2. 테스트케이스 설계 및 구현 ... 606
• 3. 모의기 설계 ... 622
• 4. 구현 및 시험 ... 624
• 5. 적용성 시험 ... 631
• 제5절 GUI 기반 테스트케이스 설계 ... 643
• 1. 테스트케이스 설계 ... 643
• 2. 구현 및 시험 ... 658
• 3. 적용성 시험 ... 659
• 제6절 결론 ... 672
• 제 8 장 레이저레이더 건널목 지장물 검지 안전설비현장시험 ... 673
• 제1절 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치 시제품 현장시험 ... 673
• 1. 개요 ... 673
• 2. 현장 설치 ... 674
• 3. 시험절차 ... 676
• 4. 시험결과 ... 702
• 5. 주요 보완사항 ... 748
• 6. 현장시험 결론 ... 752
• 7. 공인기관 시험성적서 발급 ... 753
• 제2절 레이저레이더 건널목 지장물 검지장치 실용화 방안 검토 ... 759
• 1. 철도시설공단 시설물 검증 ... 759
• 2. 철도시설공단 표준규격서 작성 ... 782
• 제 9 장 무선 입환 표시 장치 시제품 현장시험 ... 794
• 제1절 제어신호변환장치와 전자연동장치 분선반 인터페이스시험 ... 794
• 1. 시험환경 ... 794
• 2. 자체 현장시험 ... 796
• 제2절 무선입환진로표시기 현장 설치 시험 ... 799
• 1. 시험환경 ... 799
• 2. 자체 현장 시험 ... 802
• 제3절 제어신호변환장치와 무선입환진로표시기간 인터페이스시험 ... 858
• 1. 시험환경 ... 858
• 2. 자체 현장 시험 ... 859
• 제4절 제어신호변환장치와 무선데이터 수집장치간 인터페이스시험 ... 863
• 1. 시험환경 ... 863
• 2. 자체 현장 시험 ... 865
• 제5절 실제 연동장치 제어를 통한 통합 기능시험 및 현장시험 ... 868
• 1. 시험 환경 ... 868
• 2. 자체 시험 ... 869
• 제6절 무선통신장치 적용을 위해 기능 간소화된 LED 신호기제작 ... 932
• 1. 장치의 구성 ... 932
• 제 10 장 기관사 정보지원시스템 시제품 제작 및 성능평가 ... 938
• 제1절 시제품 성능평가를 위한 무선통신기반 열차제어 시뮬레이터 변경 ... 938
• 1. 열차제어 시뮬레이터 사양 분석 ... 938
• 2. 열차제어 시뮬레이터 추가 요구 사양 ... 944
• 제2절 시뮬레이터를 통한 시제품 성능평가 ... 983
• 1. 시험 개요 ... 983
• 2. 시험 항목 ... 991
• 제3절 시뮬레이터를 통한 궤도회로 기반에서의 시제품 성능평가 ... 993
• 1. 시험 개요 ... 993
• 2. 통합 주행 시험 ... 994
• 제4절 시제품 추가에 따른 선행열차와 후속열차간 연동 성능평가 ... 998
• 1. 시험 개요 ... 998
• 2. 시뮬레이터의 다중 열차 정보 설정 ... 999
• 3. 시뮬레이터의 선행열차와 후속열차 제어 정보 표시 ... 1000
• 4. DIS 지상 서버의 다중 열차 정보 관리 ... 1001
• 5. DIS 차상 장치의 선행 및 후속 열차 정보 표시 ... 1002
• 제 11 장 실시간 스케줄관리 열차 경합검지해소 원형시스템 개발 ... 1004
• 제1절 실시간 열차 경합검지해소 기술현황 분석 ... 1004
• 1. 열차스케줄링 문제의 분류 ... 1004
• 2. 실시간 경합검지 해소 모형 분석 ... 1008
• 제2절 실시간 열차경합검지 알고리즘 개발 및 실 ... 1025
• 1. 경합관련 데이터 분석 및 DB 설계 ... 1025
• 2. 실시간 열차경합해소 알고리즘 설계 ... 1027
• 3. 실시간 열차경합해소 실험 및 분석 ... 1032
• 4. 결 론 ... 1045
• 참고문헌 ... 1046
• 끝페이지 ... 1047