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용주 공
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1 2015 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2015A114 국내열차제어시스템의용어정의에관한연구 A Study on the Definition of Terms for Domestic Train Control System 박주훈 *, 김희식 **, 홍상아 *, 장선영 * Ju-Hun Park *, Hui Sik Kim **, Sang-A Hong *, Sun Young Jang * Abstract Train signaling system in domestic high speed and main line railway has operated Automatic Train Control(ATC), Automatic Train Stop(ATS), and Automatic Train Protection(ATP). As European Train Control System(ETCS) Level 1 has been introduced since 2003, ATS has been upgraded with ATP. However, the various meanings of the term cause confusing because it of the train signaling system was not clearly defined. For example, ATP means that one is equal performance with ETCS Level 1. Another is wayside and on-board ATP device. The other is a product manufactured by the supplier. In this paper review terms of domestic train control system and we suggest to be helpful to define appropriate term. Keywords : Automatic Train Control, Automatic Train Stop, Automatic Train Protection, ETCS Level 1 초록국내운영중인고속및간선철도신호시스템은자동열차제어장치 (Automatic Train Control), 자동열차정지장치 (Automatic Train Stop), 자동열차방호장치 (Automatic Train Protection) 로분류할수있으며, 2003 년부터유럽표준열차제어시스템 (ETCS Level 1) 을도입하여기존자동열차정지장치 (ATS) 에서자동열차방호장치 (ATP) 로개량하였다. 그러나철도신호시스템에사용되는용어가명확히정의되지않아 ETCS Level 1 과동일한시스템을의미하는 ATP, 지상및차장설비에적용되는장치의 ATP, 신호업체에서제작하는제품을지칭하는 ATP 와같이다양한의미로쓰이고있어사용자간혼선이일고있다. 본논문에서는기존사용중인열차제어시스템용어를검토하고혼용되는단어정의에도움이되고자국내철도신호시스템분야에맞는용어를제안하였다. 주요어 : 자동열차제어장치, 자동열차정지장치, 자동열차방호장치, 유럽표준열차제어시스템 1. 서론열차제어시스템은열차자동정지장치 (ATS), 열차자동방호장치 (ATP), 열차자동제어장치 (ATC), 무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) 로분류할수있다. 그러나유럽의표준열차제어시스템인 ETCS의도입과국가R&D로개발한이동폐색장치 (MBS), 한국형무선기반열차제어시스템 (KRTCS) 등동일한의미의용어가생성되어열차제어시스템이해에혼란을주고있다. 본논문에서는국내에서운영하고있는열차제어시스템을검토하여열차제어방식에따라분류하고용어의혼돈이발생하는열차자동방호장치의의미및기능을분류하고자한다. 교신저자 : 한국철도공사연구원기술연구처 (parkju@korail.com) * 한국철도공사연구원기술연구처 ** 서울시립대학교공과대학전자전기컴퓨터공학부

2. 본론 2.1 열차제어시스템 2.1.1 열차자동정지장치 (ATS) 지상신호현시방식에서정지신호현시를무시하고운행할경우또는현시에따른제한속도이상으로운행할경우설정시간이내에제동또는지정속도로감속조작을하지않으면자동으로열차를안전하게정지시키는장치이다.[6] 전자의방식을점제어식이라하고, 후자의방식을속도조사식이라한다.

2 열차자동방호장치 (ATP) 열차자동방호장치는궤도회로가아닌별도의 Beacon(Balise) 또는루프코일을이용하여열차운행에필요한이동권한, 제한속도, 구배등의정보를디지털로지상에서차상으로전송하는방식이며 Distance-to-go 기능에의한차내신호방식이다.

2 2. 본론 2.1 열차제어시스템 열차자동정지장치 (ATS) 지상신호현시방식에서정지신호현시를무시하고운행할경우또는현시에따른제한속도이상으로운행할경우설정시간이내에제동또는지정속도로감속조작을하지않으면자동으로열차를안전하게정지시키는장치이다.[6] 전자의방식을점제어식이라하고, 후자의방식을속도조사식이라한다. 이런열차자동정지장치는지상에콘덴서와코일로된백색의지상자를사용하고있으며, 차상장치는지상자위를통과할경우공진에의해동작하게된다 열차자동방호장치 (ATP) 열차자동방호장치는궤도회로가아닌별도의 Beacon(Balise) 또는루프코일을이용하여열차운행에필요한이동권한, 제한속도, 구배등의정보를디지털로지상에서차상으로전송하는방식이며 Distance-to-go 기능에의한차내신호방식이다. 한국철도공사에서사용하는 ATP 시스템은유럽의 ETCS Level 1을국내에도입한것으로지상장치에는기존신호장치와인터페이스되어가변정보를생성하는선로변제어유니트 (LEU) 와지상정보를차상으로전송하는발리스 (Balise) 로구성된다. 차상장치는바이털컴퓨터, 입출력장치, 운전표시장치, 자료기록장치안테나및정보변환모듈등이있다. Fig 1. 는 ATP시스템구성도이며 Fig 2. 는 ATP시스템의제동곡선이다. Fig. 1 Configuration of ATP(KORAIL) Fig. 2 ATP Control Curve ATP 시스템은유럽의 ETCS Level 1 시스템을국내에적용한것으로 ETCS는운영조건에 따라 Level 1, Level 2, Level 3로구분이며주요특징은 Table 1과같다. Table 1 ETCS Classification ETCS Track Circuit Signal Data Communication Level 1 O O Balise Level 2 O X(Option) Radio Level 3 X X Radio

2.1.3 열차자동제어장치 (ATC) 열차자동제어장치는궤도회로즉레일을통해열차제어정보를차상으로전송하는방식으로 Speed Step 방식의 ATC(S-ATC) 와 Distance to go 방식의 ATC(D-ATC) 로구분된다.

S-ATC를아날로그 ATC라고하는데이것은허용속도정보를반송주파수와속도코드에의한주파수변조로정보가가공되어아날로그신호가차상으로전송되기때문이다.

3 S-ATC Control Curve Fig. 4 D-ATC Control Curve 2.1.4 무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) CBTC는 IEEE 1474.

3 2.1.3 열차자동제어장치 (ATC) 열차자동제어장치는궤도회로즉레일을통해열차제어정보를차상으로전송하는방식으로 Speed Step 방식의 ATC(S-ATC) 와 Distance to go 방식의 ATC(D-ATC) 로구분된다. S-ATC 시스템은 Fig. 3과같이선행열차의위치에따라궤도회로별허용속도를지상에서차상으로전송하면차량은수신된허용속도이하에서운행하게된다. S-ATC를아날로그 ATC라고하는데이것은허용속도정보를반송주파수와속도코드에의한주파수변조로정보가가공되어아날로그신호가차상으로전송되기때문이다. D-ATC는열차운행을위한궤도회로별제한속도를전송하는것은 S-ATC와동일하나차량의제동곡선생성을위해이동권한 ( 목표거리 ) 및구배등의정보가지상에서차상으로전송되며차상컴퓨터는이런정보들을반영하여제동곡선에반영하는차이점이있다. Fig. 3 S-ATC Control Curve Fig. 4 D-ATC Control Curve 무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) CBTC는 IEEE 규격에따라제작되는열차제어시스템으로궤도회로를사용하지않고열차의위치를검지해야하여안전을확보하며, 양방향무선통신을이용하여열차의정보를주고받으며, 자동운전의기능을갖는시스템으로정의된다.[5] CBTC 시스템은크게자동열차감시장치 (ATS), 지상ATP/ATO, 차상ATP/ATO로구성된다. Fig. 5는분당선 MBS 연구개발사업의 CBTC 구성도이며, Fig. 6는 KRTCS( 도시철도 ) 의시스템의시스템구성도이다. Fig. 5 CBTC system configuration Fig. 6 Configuration of KRTCS[1]

2.1.5 이동폐색시스템 (MBS) 궤도회로를이용하지않고열차위치인식과열차추적, 열차이동권한등을차상-지상간양방향무선데이터통신에의하여열차를제어하는시스템으로무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) 의국가R&D 연구개발과제명으로열차제어시스템명칭에서제외하기로한다. 2.1.6 한국형무선통신기반열차제어시스템 [KRTCS( 도시철도 )] KRTCS( 도시철도 ) 는 2010년 ~2014년까지정부정책에따라국가R&D 연구과제로개발한연구과제로 IEEE 1474.

4 2.1.5 이동폐색시스템 (MBS) 궤도회로를이용하지않고열차위치인식과열차추적, 열차이동권한등을차상-지상간양방향무선데이터통신에의하여열차를제어하는시스템으로무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) 의국가R&D 연구개발과제명으로열차제어시스템명칭에서제외하기로한다 한국형무선통신기반열차제어시스템 [KRTCS( 도시철도 )] KRTCS( 도시철도 ) 는 2010년 ~2014년까지정부정책에따라국가R&D 연구과제로개발한연구과제로 IEEE 의규격을따르고있으므로 CBTC와동일한개념이다 열차자동운전장치 (ATO) 열차장동운전장치 (ATO) 는 Fig. 7에서보듯이열차제어시스템인 ATC 제한속도이내에서열차의출발, 정속운행, 정위치정차등을제어하는장치로열차제어시스템의성격과차이가있어분류에서제외한다. 또한 ATO장치는 ATC, ATP 장치와인터페이스하여시스템을구성할수있으므로 ATC/ATO, ATP/ATC와같이열차제어시스템에추가사항으로표시하는것으로한다. Fig. 7 ATO Control Curve 2.2 열차제어시스템분류 열차제어시스템구성장치열차제어시스템의구성하기위한핵심장치들은기능에따라명칭을부여하게된다. Table 2 는열차제어시스템과구성장치를분류한것이다. Table 2 Device of Train Control System Train Control System Wayside Device On-board Device ATS Wayside ATS On-board ATS ATP(ETCS Level 1) LEU/Balise On-board UNIT EVC S-ATC Wayside ATC On-board Unit

5 D-ATC CBTC ETCS Level 2 BEC/BES(High speed line) ATC/ATP/ATC(Airport Express etc.) VCC/STC(Shinbundang line) WCU(Uijeongbu LRT) Wayside ATP(R&D) RBC(R&D) Wayside ATP(R&D) On-board Unit(High speed line) ATP/ATO(Airport Express etc.) VOBC/STM(Shinbundang line) OBCU(Uijeongbu LRT) On-board ATP(R&D) CBATP(Korean Railway Standards) EVC(R&D) On-board ATP(R&D) 열차제어방식에의한분류열차제어시스템을제어방식에따라분류하면크게속도제어방식 (Speed Step) 과거리제어방식 (Distance-to-Go) 방식으로구분된다. Table 3는열차제어방식에따른열차제어시스템을구분한것으로속도제어방식은자동열차정지장치 (ATS) 와자동열차제어장치 (S-ATC) 로분류된다. 거리제어방식은자동열차방호장치 (ATP), 자동열차제어방식 (D-ATC), 무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) 로구분할수있다. 거리제어방식은지상에서이동권한, 제한속도, 구배등의정보를전송하면차상컴퓨터가지상정보와차량의제동성능, 열차길이등의열차특성을고려하여허용속도를결정하므로차내신호를사용한다. Transmission System Control System Table 3 Classification of Train Control System Beacon/Loop Track Circuit Radio Communication Speed Step ATS S-ATC - Distance to go Fixed Black ATP(ETCS Level 1) D-ATC ETCS Level 2 Moving Black - - ETCS Level 3, CBTC 열차자동방호장치 (ATP) 의분류및정의 ATP 용어는 Fig. 8과같이 3가지로분류하고정의할수있다. 첫째로거리제어방식의기능 ( 개념 ) 적 ATP이다. 둘째로 ATC, ATP, CBTC 시스템의구성요소인하드웨어에대한명칭이다. 마지막으로지상 / 차상장치를통합한열차제어시스템전체를의미하는시스템명칭이다. 국내에서는이런 3가지용어를 ATP로사용하고있어용어의혼돈이발생된다. ATP Function 과 ATP Device 는유사한용어로사용할수있으나 ATP System 은별도의시스템명으로정의하는것이용어의혼돈을줄일수있다. Fig. 8 Classification and definition of ATP

6 3. 결론본연구는국내에서사용하고있는열차제어시스템의종류에대하여조사하였으며, 열차제어방식에따른열차제어시스템을분류하였다. 분류과정에서열차자동정지장치 (ATS), 열차자동제어장치 (ATC), 무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) 은명확히분류할수있었으나, 열차자동방호장치 (ATP) 는기능명칭, 장치명칭, 시스템명칭들이혼용되어별도의분류가필요하였다. 사람마다이름이있고, 이름을부를때그사람이어떤사람인지인상이나느낌이떠오르는것처럼, 열차제어시스템의명칭또한각시스템의특징이반영되어야한다. 열차자동정지장치 (ATS) 는 ATS지상자를통해제어정보가차상으로전송되며, 열차자동제어장치 (ATC) 는레일을통해제어정보가차상으로전송된다. 무선통신기반열차제어시스템 (CBTC) 은무선을통해열차제어시스템이전송되고궤도회로가없어야한다. 한국철도공사에사용하고있는열차자동방호장치는 Balise를통해열차제어정보를차상으로전송하는전형적인 ATP시스템이나 ATC 및 CBTC시스템의 ATP장치와용어의혼돈이있다. 더구나국가R&D 연구과제로수행하고있는무선통신기반열차제어시스템인 KRTCS( 일반 고속철도 ) 을개발할경우용어에대한혼돈이더욱심해질것으로예상된다. 그러므로우리나라도유럽의 ETCS Level 1, Level 2, Level 3처럼열차제어시스템을개발하고고유명칭을부여할필요가있다. 참고문헌 [1] Sehchan Oh, Youngki Yoon, Kyunghee Kim, Yongkyu Kim (2013), th International Conference on Control, Automation and Systems(ICCAS 2013), pp [2] Kang-mi, Kyung-ho Shin, Ducko Shin, Jae-ho Lee (2012) Study on the Speed Control Code Design for Fixed Block TCS, Journal of the Korean Society for Railway Vol.15, pp [3] Gie Soo Park, Ja young Kim, Chae Jung Park, Sung Hoon Lee, Myung Seon Ryou (2011) A Study of a comfortable ride for ATO train control system in a driverless operation, Journal of the Korean Society for Railway, pp [4] IEEE (1999) IEEE Standard for Communicatio Based Train Control(CBTC) System Design and Functional Allocations, pp.5 [5] Korea Railroad Corporation (2015), Railroad Electrical Systems Manual, pp. 99 [6] 한국철도시설공단 (2013), 철도설계기준 ( 시스템편 ), pp. 47

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