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Ⅵ. 주요 연구개발 결과
□ 성과목표(지표) 1 : ICT기반 차상중심 제어시스템 핵심기술 개발
○ 차상중심 제어시스템 핵심제어로직 개발 및 시제품 제작
− 차상중심 제어시스템 핵심제어로직 개발
- 차상제어장치 시제품 제작
○ 차상중심 지상설비 제어를 위한 무선통신기반 I/F 모듈 시제품 제작
- 선로변 제어장치 로직 개발
- 선로변 제어장치 시제품 제작
○ 성능평가를 위한 테스트베드 구축 및 시험절차 개발
○ 차상중심 제어시스템 분석 및 검증시뮬레이션
○ 차상중심 제어시스템 보

Ⅵ. 주요 연구개발 결과
□ 성과목표(지표) 1 : ICT기반 차상중심 제어시스템 핵심기술 개발
○ 차상중심 제어시스템 핵심제어로직 개발 및 시제품 제작
− 차상중심 제어시스템 핵심제어로직 개발
- 차상제어장치 시제품 제작
○ 차상중심 지상설비 제어를 위한 무선통신기반 I/F 모듈 시제품 제작
- 선로변 제어장치 로직 개발
- 선로변 제어장치 시제품 제작
○ 성능평가를 위한 테스트베드 구축 및 시험절차 개발
○ 차상중심 제어시스템 분석 및 검증시뮬레이션
○ 차상중심 제어시스템 보안모듈 및 S/W 기능안전성 검증기술 개발
- 차상중심 제어시스템에 적합한 무선보안모듈 개발
- 철도 소프트웨어 기능안전성 검증기술 개발
○ 안전운행감시장치 안전알람 기준치 설정

◈ 달성내용의 우수성
○ 세계적 수준의 ICT 기반 차상중심 열차제어시스템 국산 개발
- 유럽 ERTMS-Regional, FFB에서 시험 운영되고 있는 차상중심 열차제어시스템에 대한 핵심로직 및 시스템 개발을 순수 국산 기술로 구현하였음.
- 차상중심 열차제어시스템을 위한 운영 시나리오 구축 및 열차제어 알고리즘개발, 저밀도 구간에 대한 적용 타당성 검토 및 통합성능 테스트베드를 구축하여 통합 운영 성능시험을 수행하고 있음.
- S/W의 안정성 향상을 위해 철도 소프트웨어 코딩 규칙 적용.
- 차상중심 열차제어시스템에 대한 적용 가능 노선 및 방안에 대한 추가적인 검토를 진행하고 있으며, 현장 시험을 통하여 차상중심 열차제어 시스템에 대한 검증을 수행하고자 함.
- 선로전환기 및 건널목 등 지상 시설물의 차상중심 제어를 위한 무선통신기반선로변 제어장치 국내 최초 개발 수행 중.

○ 열차제어시스템 성능시험을 위한 테스트베드 구축
- 차상중심 열차제어시스템에 대한 성능시험을 위해 열차 및 운행관리시스템에 대한 시뮬레이션 환경 구축.
- 시뮬레이션 환경은 ICT기반 운영 시나리오의 추가 및 변경, 추가 선로변 설비에 대한 I/F 등 동적 시험환경 구축이 가능하도록 구현.
- 향후, 차상중심 열차제어시스템에 대한 통합성능 시험의 수행은 물론, 실용화될 수 있는 열차제어시스템 개발에 적극적으로 활용하고자 함.
○ 차상제어시스템을 위한 무선모안모듈 개발 및 철도 S/W 기능안전성 검증기술개발
- WPA2 기술의 보안 MAC 프레임 구조 보완 활용으로 ICT 기반 개방형 차상 중심 열차제어시스템 무선통신구간 안전성 확보가 가능하도록 하였음.
- 차상제어시스템 고유 식별자 적용 AES 알고리즘 기반 차상중심 열차제어시스템 메시지 무결성 코드 생성으로 한층 더 보강된 보안을 제공함.
- 무선보안모듈 프로토타입 도구 구현 결과를 활용하여 보안에 대한 안전성 검증 결과 각종 위협들로부터 100% 오류 검출 달성함.
- 철도 제어 시스템 내장형 소프트웨어의 실제 운영 개념을 반영한 자동화 검증기술은 기존의 각 시스템 개발마다 검증하기 위해 별도로 제작하는 시뮬레이터들을 대체할 수 있으므로 활용도가 매우 높을 것으로 예상됨.
- 철도 소프트웨어를 위한 국제 기능안전성 표준 기반의 코딩 규칙 도출 완료하였으며, 이는 다른 외산 소프트웨어 정적 분석 상용 도구에는 포함되어 있지 않은 유일한 기술임.
○ 안전운행감시장치 핵심기술 개발
- KRRI는 생체 신호를 이용하여 데드맨 스위치를 대체할 수 있는 기관사 안전운행 감시장치 개발을 위해, 뇌파 및 심전도, 피부전도도를 이용한 각성도 평가시스템을 구현하였으며 현장 기관사를 대상으로 한 시험을 통해 각성도의 기준치를 설정하였고, 상세 설계를 완료하였음. (세계 최고 수준에 근접)
- 또한, 본 시스템의 평가 및 생체신호 분석결과를 SCI 저널인 International Journal of Medical Sciences에 투고하여 심사 중에 있으며, 향후 현장시험을 통하여 시스템 검증 완료하고자 함
- 기관사의 생체신호를 측정하여 신체 상태를 반영하는 지표를 추출하여 안전알람시스템에 적용함으로서 각성저하로 인한 주행 중의 사고를 방지할 수 있음
- 기관사의 신체 상태를 측정하여 biofeedback을 해줌으로서 쾌적한 운행환경 제공은 물론 운행 중 심리적 부담 경감 효과
- 운전자의 졸음방지 시스템 등의 적용에 의한 교통사고 방지

□ 성과목표(지표) 2 : ICT기반 건널목 지장물 검지장치 기술 개발
○ 레이더 기반 건널목 지장물 검지 안전설비 시제품 재작 및 기능안전성 시험 수행
- 건널목 지장물검지장치 상세설계서 작성 및 시제품 제작
- 시제품 성능평가절차서 작성 및 성능평가 수행
- 시제품 환경시험 수행
- S/W 기능안전성 검사 수행

◈ 달성내용의 우수성
○ 레이더 기반 철도 건널목 지장물 검지 안전설비
- 기존 건널목 지장물 검지장치의 단점인 눈, 비, 황사, 안개 등의 기상 악화 등 악천후 시에 지장물 검지 오작동을 개선하여 지장물의 정확한 실시간 감시 가능
․ 악천후시 지장물 검지 성능 시험 수행(태풍 산바 영향)
- 거리 및 크기에 따른 지장물 정보의 데이터베이스 수립 및 검지 알고리즘의 개발로 차량보다 작은 물체(0.5M × 0.5M × 0.5M) 식별 가능
- 지장물의 검지 크기 설정을 통하여 작은 동물의 침입 및 쓰레기 등에 대한 불필요한 경보발생을 최소화 하여 열차운행 효율 증대
- 지장물 검지 데이터 및 고장 정보 저장으로 유지보수 정보 상시 확인 가능
- 향후 레이더 센서의 다중화를 통하여, 지장물 검지 신뢰성 향상 계획

□ 성과목표(지표) 3 : 노스가동분기기용 쇄정장치 및 밀착검지기 기술 개발
○ 노스가동분기기용 쇄정장치 및 밀착검지기 시제품 제작
- 노스가동분기기용 쇄정장치, 밀착검지기 시제품 제작
- 쇄정장치 및 밀착검지기 시제품 형식시험 수행
- 노스가동분기기용 쇄정장치 KRS 규격 제정

◈ 달성내용의 우수성
○ 쇄정장치 및 밀착검지기 시제품 개발
- 국외 도입에 100% 의존하였던 분기기 쇄정장치 및 밀착검지기 국산화를 위한 시제품 개발
- 개발한 시제품은 국외 규격인 NF 규격[프랑스 국내 규격]에 따라 성능 검증
○ 쇄정장치 및 밀착검지기 한국표준규격 제정
- 쇄정장치 및 밀착검지기의 국산화 개발에 따른 안전 확보를 위하여 한국철도표준규격 제정.
- 국내 최초로 선로변 신호설비 4종 진동시험 수행
○ 조합 성능시험기 제작
- 쇄정장치 및 밀착검지기의 안전성 검증을 위하여 선로전환기와 기계적, 전기적으로 인터페이스를 구성하여 검증하기 위한 종합성능시험기 제작
- 향후 선로전환기와 분기기와 신호시스템을 통합 시험할 수 있는 기술로 확장이 가능함.

( 출처 : 요약문 15p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 40
• 그림목차 ... 54
• 제1장 서론 ... 71
• 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
• 제2장 열차요구에 의한 지상설비 제어를 위한 차상 제어시스템 핵심기술 개발 ... 91
• 제1절 차상중심 제어 시스템 핵심제어로직 개발 ... 91
• 1. 차상중심 제어시스템 운영 시나리오 구축 ... 91
• 2. 위치감시 로직 및 속도 프로파일 감시로직 개발 ... 102
• 3. 가상 블록에 의한 이동권한(MA) 결정 로직 개발 ... 112
• 4. 열차간격제어 로직 개발 ... 128
• 5. 선로변 제어로직 개발 ... 136
• 6. DMI 인터페이스 로직 개발 ... 148
• 7. 기록 및 진단 로직 개발 ... 166
• 제2절 ICT기반 차상제어장치 시제품 제작 ... 175
• 1. 차상제어장치 시제품 제작 ... 175
• 2. DMI 모듈 시제품 제작 ... 190
• 제3장 열차요구에 의한 선로전환, 건널목 제어기술 ... 196
• 제1절 선로변 제어장치 로직 개발 ... 196
• 1. 개요 ... 196
• 2. 무선 통신기반 차상제어장치 I/F 개발 ... 197
• 3. 선로전환기 제어 모듈 로직 개발 ... 199
• 4. 건널목 차단기 제어 모듈 로직 개발 ... 202
• 제2절 선로변 제어장치 시제품 개발 ... 206
• 1. 선로전환기 제어용 선로변 제어장치 시제품 개발 ... 206
• 2. 건널목 차단기 제어용 선로변 제어장치 시제품 개발 ... 224
• 제4장 ICT기반 차상제어시스템 성능평가 기준 및 절차서 개발 ... 231
• 제1절 성능평가를 위한 시험절차 개발 ... 231
• 1. 시험 개요 ... 231
• 2. 성능평가 시험 방안 ... 233
• 3. 성능평가 절차 방안 ... 235
• 4. 성능평가 절차 내용 ... 237
• 제2절 성능평가를 위한 테스트베드 구축 ... 248
• 1. 구축 방안 ... 248
• 2. 테스트 베드 구축 ... 250
• 3. 열차 시뮬레이션 환경 구축 ... 252
• 4. 운행관리시스템 시뮬레이션 환경 구축 ... 256
• 제3절 성능평가를 위한 안전성, 신뢰성 검증 절차 개발 ... 261
• 1. RAMS 활동을 통한 시스템 안전성 및 RAM 분석 ... 261
• 제5장 차상제어 컴퓨터 해킹 방지를 위한 암호화 모듈 개발 및 시험 ... 283
• 제1절 ICT기반 개방형 차상중심 열차제어시스템 무선통신구간 안전성 기술체계 ... 283
• 1. ICT기반 개방형 차상중심 열차제어시스템 통신부분 무선구간 위협 ... 283
• 2. ICT기반 개방형 차상중심 열차제어시스템 무선통신 안전 방어 대책 ... 290
• 3. ICT기반 개방형 차상중심 열차제어시스템 무선통신 안전성 평가 절차 ... 295
• 제2절 ICT기반 개방형 차상중심 열차제어시스템 무선보안모듈 프로토타입 상세설계 및 개발 ... 302
• 1. ICT기반 개방형 차상중심 열차제어시스템 무선보안모듈 프로토타입 전체 구조 ... 302
• 2. ICT기반 개방형 차상중심 열차제어시스템 무선보안 세부모듈 프로토타입 상세설계 및 개발 ... 309
• 제3절 무선보안모듈 프로토타입 세부모듈 통합 및 안전성 평가 ... 389
• 1. 통합된 무선보안모듈 프로토타입 구성 ... 389
• 2. 통합된 무선보안모듈 프로토타입 사용방법 ... 408
• 3. 무선보안모듈 프로토타입 안전성 평가 ... 410
• 제4절 무선보안모듈 프로토타입 안전성 평가 도구 사용 방법 ... 419
• 제6장 철도용 소프트웨어 검증기술 고도화 및 인증 지원도구 설계 ... 425
• 제1절 타분야 임베디드 소프트웨어 기능 안전성 검증 기술 현황 분석 ... 425
• 1. 자동차 분야(ISO 26262) ... 425
• 2. 항공 분야(DO-178B) ... 427
• 3. 의료기기 분야(IEC 62304) ... 428
• 4. 국방 분야 ... 429
• 제2절 철도 소프트웨어 기능 안전성(Black-box)검증 도구 설계 ... 430
• 1. 철도 소프트웨어 기능 안전성 검증 도구 운영개념 수립 ... 430
• 2. 철도 소프트웨어 기능 안전성(Black-box) 검증 도구 체계요구 사항 ... 438
• 3. 철도 소프트웨어 기능 안전성(Black-box) 검증 도구 블랙박스 시험 도구 프로토타입 개발 ... 448
• 제3절 철도 소프트웨어 코딩 규칙 도출 및 적용성 검증 ... 471
• 1. 개요 ... 471
• 2. 타 산업 코딩 규칙 활용 현황 조사 및 검토 ... 472
• 3. 코딩 규칙 검토 및 보완 ... 473
• 4. 철도 소프트웨어 코딩 규칙 ... 474
• 5. 철도 소프트웨어 코딩 규칙 적용 가능성 검증 ... 517
• 제7장 레이저레이더 기반 건널목 지장물 검지 안전설비 핵심기술 개발 ... 531
• 제1절 레이더 기반 건널목 지장물 검지 안전설비 시제품 제작 ... 531
• 1. 레이더 기반 건널목 지장물 검지 안전설비 기능 및 성능요구사양 ... 531
• 2. 레이더 기반 건널목 지장물 검지장치 센서부 제작 ... 534
• 3. 레이더 기반 건널목 지장물 검지 안전설비 제어기 제작 ... 579
• 제2절 시제품 성능 평가 절차서 작성 및 성능 평가 ... 602
• 1. 시제품 성능 평가 절차서 작성 ... 602
• 2. 공인기관 시험 성적서 ... 610
• 3. S/W 기능안전성 검사 ... 646
• 제8장 선로전환기 쇄정장치와 밀착검지기 시제품 개발 ... 657
• 제1절 ICT기반 차상제어시스템 선로전환기 쇄정장치 개발 ... 657
• 1. 선로전환기 쇄정장치개발을 위한 기능 및 성능 요구사양 개발 ... 657
• 2. 선로전환기 쇄정장치 설계 ... 677
• 3. 선로전환기 쇄정장치 시작품 개발 ... 687
• 4. 시험 및 검사 ... 700
• 5. 규격제정 ... 715
• 제9장 기관사 안전운행 감시장치 핵심기술 개발 ... 716
• 제1절 개요 ... 716
• 1. 연구방법 ... 716
• 제2절 국내외 기술개발 현황 ... 719
• 1. 일본 RTRI 열차 승차감 평가 조사 연구 ... 719
• 2. 한국표준과학연구원 ... 738
• 3. 고등기술연구원 연구조합 ... 741
• 4. 서울대학교 산업공학과 ... 742
• 5. 미국 MIT Media Lab의 Affective Computing 연구팀(Jennifer Healey) ... 744
• 제3절 생체신호 및 실험방법 ... 746
• 1. 측정신호 소개 ... 746
• 2. 생체신호 측정 실험 방법 ... 768
• 제4절 측정신호 분석 평가 ... 780
• 1. EDA의 파라미터 추출방법 ... 780
• 2. 기관사의 열차 운행 중 각성도 평가실험 방법 ... 782
• 3. 각성도 정량화 실험 분석 ... 791
• 4. 기관사의 열차 운행 중 각성도 평가 실험값 ... 801
• 5. 고찰 및 개선점 ... 810
• 6. 향후 계획 ... 811
• 제10장 차상중심 지상설비 제어 운영전략 도출 ... 812
• 제1절 ICT기반 차상제어장치 적용방안 및 경제성 분석 ... 812
• 1. 연구의 개요 ... 812
• 2. 국내·외 사례조사 ... 813
• 3. 무선통신을 이용한 열차제어 사례조사 ... 826
• 4. 적용대상 조사·분석 ... 836
• 5. 적용방안 ... 872
• 6. 경제성분석 ... 921
• 7. 유지보수 비용 분석 ... 929
• 제2절 ICT기반 차상제어시스템 운영 시뮬레이션 분석 ... 941
• 1. 시뮬레이션 개요 ... 941
• 2. Flow chart 설계서 ... 944
• 3. ICT기반 차상제어시스템 운영 시뮬레이션 실험 및 결과 ... 972
• 제3절 ICT기반 차상제어시스템 QoS 도출 ... 979
• 1. 연구의 개요 ... 979
• 2. 노선 분류 ... 980
• 3. QoS 요구사항 ... 981
• 4. TCS/GSM-R 시나리오와 QoS 요구사항 요약 ... 982
• 5. 통신 QoS ... 982
• 제11장 결론 ... 985
• 제1절 목표 달성도 ... 985
• 1. 연구목표 및 평가 의 착안점 ... 985
• 제2절 연구개발의 활용계획 ... 994
• 1. 기대효과 ... 994
• 2. 활용방향 ... 997
• 3. 확산계획 ... 997
• 끝페이지 ... 998